惯性/地磁组合导航算法仿真及系统关键模块设计

摘要

地磁导航是一种全自主导航方式，具有长期稳定、全球覆盖、全天候等特点。惯性导航系统与地磁导航系统以特定方式进行组合，可以有效借助地磁物理场降低惯性导航系统的累积误差，从而提高惯导系统的导航精度。搭建惯性/地磁组合导航仿真系统，研究地磁/惯性组合导航理论模型及算法，可为未来开展组合导航半实物仿真及演示验证等奠定理论基础。本文在分析地磁导航基本原理的基础之上，对地磁/惯性组合导航仿真系统进行深入研究，并对其中相关技术进行了仿真和部分模块的硬件实现。 具体研究内容包括： 本文首先介绍了地磁匹配导航的基本理论，包括地磁场的基本特征、描述方法及地磁匹配导航的基本原理，对地磁/惯性组合导航仿真系统组成及各模块基本功能进行描述。对高精度磁测量技术的原理和实现方法进行研究，建立三轴磁力仪的误差模型，并利用实测数据进行校正，实验结果表明该方法能够有效提高三轴磁力仪的磁场测量精度。 其次，对最近等值线点迭代ICCP算法以及基于相关极值原理的MAGCOM地磁导航算法开展研究。对惯性导航系统进行建模，研究惯性/地磁紧组合与松组合导航算法，结果表明紧组合有更好的误差校正效果。针对松组合中ICCP算法的缺点，分别提出了基于单点位移序列和基于Procrustes分析的改进ICCP算法，仿真结果表明改进算法能有效提高定位精度。 最后，通过对惯性/地磁组合导航仿真过程的梳理，建立了惯性/地磁组合导航仿真系统，并对系统的各模块功能进行阐述。完成了高精度地磁校准模块及导航模块的硬件设计及实现。

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