地磁匹配

摘要： 地磁导航具有可用区域广泛、无累积误差、无源和隐蔽性强等优势,是未来定位导航与授时(PNT)体系中潜在的重要导航定位手段之一。地磁导航技术包括磁场信息的测量、地磁基准图的建立和地磁定位方法的设计3个重要内容。本文主要围绕地磁定位方法,调研总结了当前主流的地磁滤波、地磁匹配和磁场同时定位与构图(SLAM)三类方法的原理及技术发展路线,重点分析了不同方法的优缺点、适用场景、时效性、对磁图和传感器的需求,并对地磁定位方法的发展方向进行了展望。

摘要： 针对地磁匹配导航中,因地磁数据库网格与INS参考轨迹存在较大位置误差导致的模板序列与位置序列不准确匹配,从而导致地磁匹配失效的问题,提出了一种基于单点多模板序列匹配的惯性/地磁组合导航方法。通过起点限制策略和标准差自适应调整方式对匹配算法进行了改进,考虑到匹配时刻所有可能的模板序列,通过多次匹配计算,能够获得较大的地磁匹配捕获概率。仿真结果与实验结果表明,该方法有效提高了组合导航系统的可靠性和定位精度。

摘要： 针对地磁轮廓线匹配算法(MAGCOM)在进行匹配导航时,过于依赖惯导系统且算法抗噪能力较弱、匹配精度低的问题,提出了一种改进混沌蚁群的地磁匹配算法,实现算法的独立匹配定位。该算法以平均豪斯多夫距离(MHD)作为待匹配轨迹与实测轨迹之间的度量函数,改进了传统蚁群算法的概率转移公式及信息素表示方式,并将混沌优化算法嵌到传统蚁群算法中,最终搜索得到最佳匹配序列来完成地磁匹配。实验结果表明:该算法不依靠惯导提供的参考轨迹形状依然可以完成匹配,并且抗噪能力强,匹配精度较高,适用于地磁匹配导航。

摘要： 为解决卫星失锁条件下车辆的高精度、高可靠性定位问题,结合惯性导航、运动约束、地磁匹配、激光点云匹配方法的优势,提出了一种基于图优化的惯性/地磁/激光雷达复合定位方案。首先,采用因子图优化算法,实现惯导预积分信息、运动约束信息、地磁匹配信息、激光雷达点云匹配信息的异步多源信息融合。然后,在点云匹配失效时,惯性/运动约束/地磁可以实现精度保持,为点云匹配提供持续可用的先验信息,以避免点云匹配一旦失效后由于先验位姿发散再难匹配的问题。最后,搭建试验平台完成跑车试验。试验结果表明,该方案可以实现车辆的高精度、高可靠性定位,点云匹配有效定位精度为1.24m(max),均方根为0.48m,在因点云地图缺失而造成匹配失效时,惯性/运动约束/地磁可实现定位精度保持在10.29m(max)。

摘要： 针对多特征参数分析地磁适配性时,易存在重复表征现象的问题,提出利用因子分析法提取主要特征参数;对于因子分析法单一采用累积方差贡献率作为权重在评价过程中不充分不全面的问题,提出熵值法结合因子分析法的方差贡献率对所提取的公共因子进行赋权,最后将权重与因子得分进行线性组合求得综合评价值。综合评价值越大,候选匹配区的适配性越好,以此分析出适配性较好的候选匹配区,为后期地磁匹配做准备。为验证所提方法的有效性,利用地磁匹配算法对各个候选匹配区进行匹配验证,其结果表明:利用因子分析法得出的结果与利用地磁匹配算法得出的结果一致,表明利用因子分析法对地磁基准图候选区域适配性进行分析是可行的。

摘要： 针对车辆在经过隧道、地下车库等环境时,GNSS信号中断导致GNSS/MIMU组合导航系统定位失效的问题,研究了地磁匹配定位算法,利用地磁匹配输出的绝对位置信息实现对组合导航系统的修正。针对地磁匹配算法运行过程中数据计算量、存储量大以及实时性高的要求,研究了多用户接入与云-端实时双向通信的云定位关键技术,搭建了一种面向车辆导航的多用户地磁匹配定位的云平台。经测试,所设计的云定位架构可实现多用户同时在线接入定位,单用户定位平均传输延迟在80 ms左右,满足定位的实时性和稳定性要求;基于云平台进行实际车辆地磁匹配定位实验,精度可达到3 m,满足城市环境车辆定位的要求。

摘要： 为了有效地解决大尺度建图时闭环检测匹配速度慢和闭环误报的问题,提出了一种FastDTW地磁匹配和激光雷达(LiDAR)点云匹配相结合的快速闭环检测方法。通过地磁匹配算法对地图中的位姿节点进行了过滤,极大地减小了闭环检测时的搜索空间,并且对搜索空间的约束有助于减少激光雷达即时定位与建图(SLAM)中由于高局部相似性引起的误检。通过在真实环境中收集激光雷达点云数据和IMU的三轴地磁数据进行实验,验证对比了逐帧法、分支定界法、动态时间规整(DTW)融合算法、FastDTW融合算法的闭环检测速度、误检次数和建图平均绝对误差。实验结果表明:与DTW融合算法相比,本文算法提高了17%的闭环检测速度,降低了16%的平移平均绝对误差,降低了10%的旋转平均绝对误差,并在四种算法中保持较低的误检次数。

摘要： 面向室内空间的导航、定位需求,针对室内复杂环境定位精度较低的问题,设计了基于地磁匹配技术的室内定位系统。通过采集目标区域的三维磁场信息,利用小波分析方法估计磁场信号的噪声分量,结合卡尔曼(Kalman)滤波对磁场矢量信号进行降噪处理。通过对比不同插值参数选择合适方法构建地磁基准图,使用绝对误差和算法对运动路径的磁测序列进行匹配,最终实现室内环境下的定位功能。实验结果表明:设计的室内定位系统最大定位误差为1.34 m,匹配准确率为89%,可以实现较好的定位效果。

摘要： 针对惯导系统定位误差随时间累积的问题,提出了一种基于仿射变换的地磁匹配定位算法.通过平方差算法建立匹配轨迹与实测的地磁场特征值的相关性约束,对约束函数进行泰勒展开和离散化,并引入仿射变换模型.将约束函数转化为曲线的位移、角度和伸缩误差的多变量指标函数.根据相关性原则,将地磁匹配问题转化为解非线性方程组.采用Mathematica中的迭代和数值求解方法解非线性方程组,将求得的解输入到MATLAB中进行匹配定位.实验表明,匹配轨迹的最终定位点与真实轨迹的终点相差293.3 m,匹配轨迹与真实轨迹之间的经纬度误差分别为0.003°、0.0004°,证明此算法具有一定的可行性.

摘要： 地磁匹配算法的好坏在一定程度上将决定地磁匹配精度,针对粒子群算法在小区域范围内进行地磁匹配时易出现发散问题,使用基于等值线约束的地磁匹配算法与传统粒子群算法进行对比分析。仿真结果表明:在受外界干扰比较小的室内和井下小区域范围内,基于等值线约束的地磁匹配算法的性能明显优于传统粒子群算法,基于等值线约束的地磁匹配算法精度可以达到90%以上,匹配速度较快,大大减少了匹配计算量,传统粒子群在一定程度上也能减少计算量,但由于发散原因,匹配精度约为70%,虚定位现象较多。

摘要： 本文提出一种基于近景摄影测量技术计算精确初始位置,利用手机传感器确定粗略路径,并借助地磁匹配图进行纠正的组合移动端室内定位方法.地磁导航技术是当前组合导航技术的研究热点，可实现全天候全地域导航等优点，弥补现有导航手段的不足。本文提出了一种利用近景摄影测量、手机传感器组合导航的方法，充分利用地磁导航来纠正惯性导航的误差，能大大提高室内定位的精度。

摘要： 本文借助地磁背景场及地磁测量,通过对相关分析中各指标的研究,给出了用于水下地磁匹配定位的最优指标.分析了现有TERCOM算法的缺陷并对其进行了改进,提高了水下地磁匹配定位的精度；提出了基于两段序列匹配后的重心位置计算INS前期积累误差的算法,实现了对INS的准确修正,确保了载体的定向精度.试验验证了这些方法的正确性.

摘要： 地磁匹配导航技术是巡航导弹跨海飞行的自主导航方式之一。海洋磁场强度平滑、区域变化较大特点，使得导弹一维地磁匹配方法难以应用于巡航导弹自主导航。在跨海飞行巡航导弹组网飞行下，提出多维地磁匹配技术，讨论了多维地磁匹配相关度算法，并仿真计算了多维地磁匹配相关度，结果表明多维地磁匹配相关度算法优于单航迹匹配相关度。巡航导弹组网多维地磁匹配的相关度算法研究为海洋区域地磁匹配导航应用提供参考。

摘要： 地磁匹配算法的本质是数字地图匹配,可以用相关算法来考虑这个问题.本文首先叙述了地磁匹配的原理,分析了传统地磁匹配算法的不足以及造成的原因.在此基础上,提出了一种新的匹配算法:先对各采样点的地磁场矢量从地磁库中搜索小于误差的所有地磁矢量,并分别组成一个集合,再分别以这些集合为基准进行匹配.这样不但减少了匹配时间,而且降低了误匹配的可能.仿真结果表明,本文算法具有很好的鲁棒性,而且比传统算法更能满足其嵌入式系统对实时性能的要求.

摘要： 简要分析了地磁匹配基准图制备的方法,采用世界地磁模型WMM2005制作了局部海域的地磁匹配基准图,根据不同特征值的基准图图形和相关参考文献进行了地磁匹配制导的可行性初步分析。分析表明:基于WMM2005制作的地磁匹配基准图用于进行地磁匹配制导的局限性很大。

摘要： 水下地磁匹配导航过程中,匹配算法是地磁匹配导航系统的核心组成部分,影响导航的最终定位精度和导航效率.为了进一步提高地磁匹配精度,研究利用Hausdorff距离算法的搜索效率高和ICCP算法匹配精度高的优点,弥补前者不能校正航迹误差、后者匹配迭代冗长的缺点,组成以Hausdorff距离算法为粗匹配、ICCP算法为精匹配的水下地磁联合匹配算法,对三种算法进行仿真对比,仿真结果表明,联合匹配算法达到了较于单一匹配算法更高的匹配精度,算法误差分布均匀且收敛在较小区间.联合匹配算法既汲取了两种经典匹配算法的优势,又弥补了各自算法的不足,有效地提高了匹配导航的精度,效果明显.

摘要： 利用地磁辅助导航是载体导航致力研究的新方向，可以弥补惯性导航长期误差积累的缺点，采用ICCP算法作为匹配算法，利用实测地磁数据和已知地磁数据库进行计算，修正惯导误差，从而得出载体的最佳匹配位置。但是在地磁数据的测量过程中还存在许多干扰，比如磁传感器灵敏度与放置位置的影响，使得实测地磁数据存在着误差，为此本文采用十二位置不对北的补偿方法来修正磁传感器的误差;同时本文也对ICCP算法中的一些关键性问题进行了改进，比如地磁插值与等值线上最近点的寻找，并进行了多种实验验证。取得了较好的效果。

摘要： 对于海洋矿产的勘探正逐渐向深海区域发展,同时,水下位置数据也是无人驾驶水下航行器导航和控制的关键要素.但是,由于水下环境的特殊性,全球定位系统所依靠的电磁波在水中快速衰减,导致其无法在水下环境进行导航.除此之外,目前水下车辆主要采用的惯性导航系统的误差随时间积累而增加,并且必须采用其他信息定期校正.采用水下导航传感器技术和水下导航算法的改进正在使新型的水下车辆和新型水下航行任务得到实现.给出了水下导航的传感器系统,针对典型的导航技术进行介绍,包括地磁匹配、惯性导航、声学导航等，针对目前现状对水下导航技术发展进行展望.目前,这些技术对于海洋学研究已经足够了,但是中深层地区对定量生物和物理海洋学的兴趣不断增加,从而促进了改进的导航系统的发展。在这些深度可用的传感器测量数量有限意味着基于模型的状态估计器将在这些进展中起关键作用。所以,针对中深层海洋的导航系统也是接下来水下导航的发展方向。

摘要： 本发明公开了一种基于路网地磁基准库的车辆地磁匹配定位方法，能够实现高精度、高效、高可靠的车辆地磁匹配定位。方法具体为：采用车辆行驶轨迹的地磁测量值时间序列、空间位置坐标以及航向信息，处理获得基准格点的地磁测量值、空间位置坐标以及行驶航向信息。进行车辆转弯状态检测，依据转弯点对基准格点的序列进行第一次路段分割；以第一次路段分割的各路段间的空间距离以及行驶航向差异，对具有相交关系的两路段在交点处进行第二次路段分割，并删除重复路段；对第二次路段分割的所有路段进行两两首尾连接关系判别，并依据连接关系建立路段间关联矩阵；基准格点和路段间关联矩阵构成路网地磁基准数据库；并利用该数据库进行车辆地磁匹配定位。

摘要： 本发明公开了一种基于地磁信息熵和相似性度量的综合地磁匹配方法，包括如下步骤：1、采集航行器当前位置(x,y)的地磁场强度；2、在地磁数据库中获取覆盖(x,y)的地磁图，以覆盖(x,y)的区域A计算(x,y)处的地磁信息熵H(x,y)，根据H(x,y)判断(x,y)是否处于适配区域；3、设置网格数量为M×N的待匹配航迹模板T和搜索区域S，在地磁数据库的地磁图上对模板T做相似度匹配，得到与模板T相似度最大的子图R；4、对子图R进行克里金插值，得到高精度、小比例尺的地磁图Map；在地磁图Map上进行迭代求解出航行器当前位置的匹配值。该方法利用模糊的相似算法，选定匹配区域，再利用精确的相关算法获得最佳匹配点，降低了干扰噪声对匹配定位精度的影响。

摘要： 本发明提供了一种地磁日变影响下的惯性地磁匹配定位方法，从惯导系统读取N个时刻的待匹配点的位置测量值ai和bi，从磁强计获得地磁场强度信息Ii；根据惯导系统指示的N个待匹配点的位置，从预先存储的地磁数据库中分别读取相应的地磁场强度的参考值I(ai,bi)、地磁场强度的梯度的参考值Ix,i和Iy,i；引入并初始化经纬度误差、航向误差以及地磁日变误差；计算经纬度误差的增量、航向误差的增量和地磁日变误差的增量δM；更新经纬度误差、航向误差和地磁日变误差M；判断是否满足终止迭代条件，根据更新后的M计算参数K和δK；根据迭代计算得到经纬度误差、航向误差和地磁日变误差，将所得结果代入匹配轨迹与参考轨迹的关系方程即得匹配轨迹。

摘要： 本发明公开了一种基于地磁强度和梯度的地磁匹配导航方法，其特征在于：1)建立基于积分形式指标函数的正则化模型；2)采用离散化手段对正则化模型进行极小化求解，得线性方程组；3)采用迭代算法求解方程组；4)根据方程组的解修正轨迹，得到匹配结果。该技术利用了地磁场强度信息以及地磁场强度的梯度信息，采用迭代算法实现地磁匹配导航，能够有效的解决地磁等值线匹配算法中匹配精度、匹配步长和匹配算法实时性相互制约的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于地磁匹配的地磁日变修正方法。针对地磁匹配导航定位中的地磁日变效应，本发明提出基于FMI方法与多维特征量匹配对地磁日变效应进行修正，包括如下步骤：1)选取地磁匹配特征量；2)基于FMI方法从地磁匹配特征量的实测数据中提取各地磁匹配特征量的日变量；3)通过地磁匹配特征量的实测数据减去与其对应的日变量，建立地磁实时图；4)基于多维特征量匹配对地磁实时图和地磁基准图进行匹配；5)输出匹配结果。本发明能较为有效地消除地磁匹配导航定位中的地磁日变效应，能显著提高地磁匹配导航定位精度。

摘要： 本发明公开了一种用于地磁/捷联惯导组合导航系统的地磁匹配导航方法。本发明方法基于递推求解思想，采用实时评价的方式，在每一步递推求解后根据匹配情况来评价是否可以输出匹配结果，从而将算法时间分散在各个采样时刻。该方法克服了现有地磁匹配算法在数据批处理上实时性的不足，能够自适应调整匹配数据序列的长度，避免了现有地磁匹配算法需要预先指定匹配序列长度的困难。

摘要： 本公开的用于室内车辆地磁匹配定位的地磁基准库构建方法，通过提取室内车辆道路的行车路径弧，根据行车路径弧构建室内车辆路径图；根据室内车辆路径图生成地磁基准库中的空间参考点，计算空间参考点的位置坐标和方位角；训练空间参考点的磁场强度和高程值；依据路径弧划分和路径间的拓扑连接关系组织空间参考点数据并构建地磁数据库；将实时测量的室内车辆行驶过程中的地磁强度序列和地磁数据库的地磁强度序列进行匹配，估计室内车辆的位置坐标，实现车辆在室内的地磁匹配定位。能够在无室内基站或信源设备辅助下，构建室内车辆道路的地磁基准库，实现车辆在室内的米级精度定位，成本低、无辐射且定位误差小，广泛应用于室内、地下停车场等场景。

摘要： 本发明公开了一种基于地磁信息熵和相似性度量的综合地磁匹配方法，包括如下步骤：1、采集航行器当前位置(x,y)的地磁场强度；2、在地磁数据库中获取覆盖(x,y)的地磁图，以覆盖(x,y)的区域A计算(x,y)处的地磁信息熵H(x,y)，根据H(x,y)判断(x,y)是否处于适配区域；3、设置网格数量为M×N的待匹配航迹模板T和搜索区域S，在地磁数据库的地磁图上对模板T做相似度匹配，得到与模板T相似度最大的子图R；4、对子图R进行克里金插值，得到高精度、小比例尺的地磁图Map；在地磁图Map上进行迭代求解出航行器当前位置的匹配值。该方法利用模糊的相似算法，选定匹配区域，再利用精确的相关算法获得最佳匹配点，降低了干扰噪声对匹配定位精度的影响。

摘要： 本发明公开了一种基于路网地磁基准库的车辆地磁匹配定位方法，能够实现高精度、高效、高可靠的车辆地磁匹配定位。方法具体为：采用车辆行驶轨迹的地磁测量值时间序列、空间位置坐标以及航向信息，处理获得基准格点的地磁测量值、空间位置坐标以及行驶航向信息。进行车辆转弯状态检测，依据转弯点对基准格点的序列进行第一次路段分割；以第一次路段分割的各路段间的空间距离以及行驶航向差异，对具有相交关系的两路段在交点处进行第二次路段分割，并删除重复路段；对第二次路段分割的所有路段进行两两首尾连接关系判别，并依据连接关系建立路段间关联矩阵；基准格点和路段间关联矩阵构成路网地磁基准数据库；并利用该数据库进行车辆地磁匹配定位。

摘要： 本发明提供了一种地磁日变影响下的惯性地磁匹配定位方法，从惯导系统读取N个时刻的待匹配点的位置测量值ai和bi，从磁强计获得地磁场强度信息Ii；根据惯导系统指示的N个待匹配点的位置，从预先存储的地磁数据库中分别读取相应的地磁场强度的参考值I(ai,bi)、地磁场强度的梯度的参考值Ix,i和Iy,i；引入并初始化经纬度误差、航向误差以及地磁日变误差；计算经纬度误差的增量、航向误差的增量和地磁日变误差的增量δM；更新经纬度误差、航向误差和地磁日变误差M；判断是否满足终止迭代条件，根据更新后的M计算参数K和δK；根据迭代计算得到经纬度误差、航向误差和地磁日变误差，将所得结果代入匹配轨迹与参考轨迹的关系方程即得匹配轨迹。