专利名称：用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，属于水下导航技术领域。
背景技术：
利用地磁进行导航由来已久。从四千多年前的指南车，到公元十二世纪简单的船用罗经，再到如今地磁指向在军用飞机、导弹制导和海洋船只等方面得到的广泛应用。除了简单的指向功能，地磁指向还可用来确定载体位置，这种应用，已在小卫星定轨和导弹制导方面得到了广泛和深入的研究。但地磁定位在水下载体中还没有得到应用，主要是由于水下地磁场强度随时间和空间变化，且易受干扰。同时水下地磁场由于具有频带宽(由高频部分的几十甚至几万Hz到长期变化的几十年周期)，动态范围大(低到0. OOlnT,高达几百 ηΤ(ηΤ为纳特斯拉(nanoteslas)的缩写，是电磁场中的一种单位，与其他单位T换算关系为1T = IOOOmT = 1000000 μ T = ΙΟΟΟΟΟΟΟΟΟηΤ)的特点，使得当前地磁还未成熟用于水下载体导航。如中国专利《一种基于多尺度估计的地磁辅助导航算法》，公开号为CN1013M252，
公开日为200901 ，利用实测地磁信息与地磁图匹配导航，考虑到地磁信息的变化，将地磁图进行多尺度的分解，滤除噪声后进行匹配。但地磁图匹配的方法不适用于水下，主要是随着测量高度的增加，磁异常幅度会迅速减小，测量点距离磁源的高度超过一定值时，磁异常将消失在背景磁场中。而有效的地磁图通常由卫星探测完成，全球地磁模型所用磁测资料平均测量高度为400km，只能描述探测面的地磁规律，不能描述海底所有地质变化和铁磁性物体产生的空间磁异常。载体在水下航行时，地磁分量的测量值中除了有地磁模型描述的地磁特征，还有一些无法预测的磁异常影响。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中无法根据地磁场信息判断水下载体的位置的问题，提供一种用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法。本发明所述用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，它包括以下步骤步骤一采用水下载体上设置的磁力仪测量获得载体当前位置的地磁场分量，根据已知地磁图分离出产生的地磁异常，经计算，获得水下载体当前位置的目标磁矩矢量和水下载体当前位置至目标磁性源的相对位置矢量；步骤二 根据步骤一中获得的目标磁矩矢量和相对位置矢量，构建水下目标磁性源的地图；步骤三将步骤二中构建的水下目标磁性源的地图，结合水下载体绝对位置，进行坐标转换，获得该地图的地理坐标；步骤四进行下一次采样，根据磁力仪采集获得的载体当前位置的地磁场分量，计算本次采样时刻水下载体在所述地图中的位置，以及所述采样时刻水下载体的地理坐标； 置；
权利要求
1.一种用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，其特征在于它包括以下步骤步骤一采用水下载体上设置的磁力仪测量获得载体当前位置的地磁场分量，根据已知地磁图分离出产生的地磁异常，经计算，获得水下载体当前位置的目标磁矩矢量和水下载体当前位置至目标磁性源的相对位置矢量；步骤二 根据步骤一中获得的目标磁矩矢量和相对位置矢量，构建水下目标磁性源的地图；步骤三将步骤二中构建的水下目标磁性源的地图，结合水下载体绝对位置，进行坐标转换，获得该地图的地理坐标；步骤四进行下一次采样，根据磁力仪采集获得的载体当前位置的地磁场分量，计算本次采样时刻水下载体在所述地图中的位置，以及所述采样时刻水下载体的地理坐标； 步骤五根据步骤四中计算获得的水下载体的地理坐标，更新目标磁性源的位置； 步骤六根据步骤五中获得的目标磁性源的位置，更新水下目标磁性源的地图； 步骤七重复步骤四至步骤六，完成对水下载体的匹配导航。
2.根据权利要求1所述的用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，其特征在于所述步骤一中磁力仪测量获得载体当前位置的地磁场分量的X轴地磁场分量为Hx、Y 轴地磁场分量为Hy、Z轴地磁场分量为Hz，设定目标磁性源的中心点为X轴、Y轴及Z轴的原点，则测量点ρ (x, y，ζ)处的地磁场分量用公式表示为
3.根据权利要求2所述的用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，其特征在于所述步骤二中构建水下目标磁性源的地图的方法为根据磁力仪第一次采样时目标磁性源在载体当前位置的磁矩矢量碗和载体当前位置到目标磁性源的相对位移矢量F计算获得水下载体相对目标磁性源的中心点的坐标值P (χ，ι, ζ)，构建水下目标磁性源的地图。
4.根据权利要求3所述的用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，其特征在于步骤三中所述的水下载体绝对位置是指水下载体在航行初始时刻由惯性导航系统输出的载体绝对位置。
5.根据权利要求4所述的用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，其特征在于所述步骤四中计算本次采样时刻水下载体在所述地图中的位置的方法为通过所述非线性超定方程组计算当前水下载体相对所述地图的相对位置。
全文摘要
用于水下载体的地磁异常特征点匹配导航方法，属于水下导航技术领域。它解决了现有技术中无法根据地磁场信息判断水下载体的位置的问题。所述方法为获得水下载体当前位置的目标磁矩矢量和水下载体当前位置至目标磁性源的相对位置矢量；构建水下目标磁性源的地图；结合水下载体绝对位置，进行坐标转换，获得该地图的地理坐标；计算本次采样时刻水下载体在所述地图中的位置，以及所述采样时刻水下载体的地理坐标；更新目标磁性源的位置；更新水下目标磁性源的地图；重量上述相关过程，完成对水下载体的匹配导航。本发明适用于对水下载体的导航。
文档编号G01C21/16GK102445201SQ20111030214
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者胡万明, 胡峻峰, 赵亚凤 申请人:东北林业大学