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地磁匹配导航算法及地磁场模拟系统研究

作　者: 刘亚云
导　师: 王常虹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 地磁匹配 ICCP算法遗传模拟退火算法亥姆霍兹线圈误差分析
分类号: V249.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 82次
引　用: 1次
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内容摘要

地磁辅助导航系统是一种自主导航方法,隐蔽性强,不受地形和恶劣天气的影响,具有全天时、全天候和全地域的特点,作为一种新的导航方法,地磁辅助导航在航空、航天和航海等领域将发挥越来越重要的作用。因此开展地磁辅助导航理论研究,建立用于地磁导航系统评估和验证的地磁场模拟系统,具有重要的理论和实际意义。地磁匹配算法作为地磁辅助导航系统的核心技术之一,它的优劣将直接影响整个系统的导航精度和匹配效率。本论文首先针对常见的地磁匹配算法MAGCOM算法和ICCP算法进行了研究,并对这两种算法的匹配效果进行了仿真,结果表明MAGCOM算法简单,运算速度快,但是精度比较低,不能校正航向误差;ICCP算法可以对航向误差进行校正,并且精度比较高,但是初始误差不能过大,否则容易匹配失败,并且容易陷入局部最优。其次,针对上述算法的不足,提出了将遗传模拟退火混合算法和ICCP算法相结合的新的匹配方法。这种方法首先采用遗传模拟退火混合算法进行全局最优搜索,然后用ICCP算法进行进一步校正,以提高匹配精度。最后对该方法进行了仿真,取得了较好的匹配效果。最后,为了开展地磁导航地面试验,本文对地磁场模拟系统进行了研究,主要内容包括亥姆霍兹线圈生成磁场的均匀度、误差源、线圈参数优化设计、三轴亥姆霍兹线圈的垂直度校正和耦合误差分析等,为设计和建立地磁场模拟系统提供了一些参考依据,并对于可能出现的问题,提出了可供参考的解决方案。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景与研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-10
    1.2.1 国外研究现状  9-10
    1.2.2 国内研究现状  10
  1.3 地磁导航的基本原理  10-14
    1.3.1 地磁场  11-12
    1.3.2 地磁场数据库  12-13
    1.3.3 地磁匹配导航原理  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
第2章基本地磁匹配算法研究  15-31
  2.1 引言  15
  2.2 基于MAGCOM的地磁匹配算法  15-18
    2.2.1 均方差算法  15-16
    2.2.2 基于Hausdorff距离算法  16
    2.2.3 仿真分析  16-18
  2.3 基于ICCP的地磁匹配算法  18-30
    2.3.1 ICCP算法的数学原理  19-26
    2.3.2 ICCP算法地磁匹配  26-28
    2.3.3 仿真分析  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章基于GASA算法的地磁匹配算法研究  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 遗传算法和模拟退火算法  31-36
    3.2.1 遗传算法  31-34
    3.2.2 模拟退火算法  34-36
  3.3 基于GASA的地磁匹配导航  36-40
    3.3.1 遗传模拟退火算法  36-37
    3.3.2 基于GASA算法的地磁匹配导航  37-39
    3.3.3 仿真分析  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章地磁场模拟系统研究  41-62
  4.1 引言  41
  4.2 地磁场模拟系统原理  41-42
  4.3 单轴亥姆霍兹线圈分析  42-49
    4.3.1 亥姆霍兹线圈的磁场均匀度分析  42-47
    4.3.2 亥姆霍兹线圈的磁场误差分析  47-49
  4.4 亥姆霍兹线圈的参数设计  49-54
    4.4.1 设计亥姆霍兹线圈需要考虑的因素  49-51
    4.4.2 亥姆霍兹线圈的优化设计研究  51-54
  4.5 三轴磁强计和三轴线圈的垂直度测量  54-58
    4.5.1 三轴磁强计测量法  54-55
    4.5.2 转台测量法  55-58
  4.6 三轴线圈的耦合误差校正  58-59
  4.7 地磁场模拟系统总体误差分析  59-61
  4.8 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-68
致谢  68

地磁匹配导航算法及地磁场模拟系统研究

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