地磁导航综述

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1、第30卷第4期宇航学报Vo.l30No.42009年7月JournalofAstronauticsJuly2009地磁导航综述郭才发,胡正东,张士峰,蔡洪(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙410073)摘要:从研究地磁导航的必要性出发,对地磁导航进行全面讨论。在分析地磁导航发展历程的基础上,对国内外研究现状进行了总结概括。介绍了地磁场模型建立的方法,从地磁匹配和地磁滤波两个方面对地磁导航进行了分析。通过阐明需解决的关键问题,提出了地磁导航的发展思路。关键词:地磁导航;地磁匹配;地磁滤波中图分类号:U666.1文献标识码:A文章编号:100021328(2009)0421314206D

2、OI:10.3873/.jissn.100021328.2009.00.002作用,提高了卫星生存能力,即使地面跟踪测量被迫0引言[2-3]中断仍可保持飞行任务的连续性。地磁导航具地磁场是地球的固有资源,为航空、航天、航海有无源性,与其它有源制导和导航方式相比,地磁制提供了天然的坐标系。自从1989年美国Cornell大导与导航在军事领域有着无可比拟的优势。使用地学的Psiaki等人率先提出利用地磁场确定卫星轨道磁制导的导弹抗干扰性能强,突防能力得到大大提的概念以来,这一方向成为国际导航领域的一大研升。近年来,地磁导航在工业部门,航空航天等诸多究热点。地磁导航具有无源、无辐射、全天时、全

3、天领域发挥了重要作用,越来越成为学术界关注的候、全地域、能耗低的优良特征,其原理是通过地磁对象。传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机中的地1国内外地磁导航研究现状磁基准图进行匹配来定位。由于地磁场为矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量都不同于其相对于其他导航手段而言,地磁导航起步得比他地点的矢量,且与该地点的经纬度存在一一对应较晚。在20世纪60年代中期,美国的E2systems公的关系。因此,理论上只要确定该点的地磁场矢量司提出了基于地磁异常场等值线匹配的MAGCOM[1]即可实现全球定位。(MagneticContourMatching)系统,70年代获得测量[4]随着空间技

4、术的飞速发展,地磁学与测绘学、空数据后,系统进行了离线实验。20世纪80年代间物理学的交叉与综合不断加强,地磁测量技术发初,瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验生了根本的变化。地磁导航在导航定位、地球物理验证,实验中将地磁强度的测量数据与地磁图进行武器、战场电磁信息对抗等领域展现了巨大的军事人工比对,确定船只的位置,同时根据距离已知的两[5-6]潜力。个磁传感器的输出时差,确定船只的速度。近年来,地磁导航技术获得了快速的发展,其综美国目前已开发出地面和空中定位精度优于合优势日益突出。利用地磁导航可以实现自主式的30m、水下定位精度优于500m的地磁导航系统,并卫星导航和控制,从而

5、减少地面设备的工作量,缓解计划用于提高飞航导弹和巡航鱼雷的命中率。另因国土限制造成的地面测控站布点的困难,降低了外,美国在导弹试验方面已开始应用地磁信息,并利[2]为保障卫星运行所提供的地面支持的费用;利用地用E22飞机进行高空地磁数据测量。NASAGod2磁导航可及时确定卫星的空间位置,提高了卫星测dard空间中心和有关大学对水下地磁导航进行了[7]量数据的利用率,降低了卫星运行对地面站的依赖研究,并进行了大量的地面试验。F.Goldenberg收稿日期:2008207223;修回日期:2008211220基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-05-0901);国防科技大学

6、优秀研究生创新资助(S080102)第4期郭才发等:地磁导航综述1315[4]针对飞机的地磁导航系统进行了研究,将测量的下、地核外层的高温液态铁镍环流引起;随时间缓慢地磁异常场强度序列与事先存储的地磁异常图实时变化,全球平均变化幅值为每年80nT;空间分布为进行相关匹配,确定飞机在地磁异常图上的经度和行星尺度,在地表处的强度为30000~60000nT,占纬度。地磁场总量的95%以上;Ba(r)为异常场(也叫地俄罗斯对地磁导航也进行了大量研究。其新型壳场),产生于磁化的地壳岩石,几乎不随时间变机动变轨的SS219导弹采用地磁等高线制导系统,化,空间分布频率丰富,波长从几米到几千千米,在实

7、现导弹的变轨制导,以对抗美国的反弹道导弹拦地表处的强度占地磁场总量的4%以上;Bd(r,t)为截系统。SS219导弹再入大层后,不是按抛物线飞干扰磁场,源于磁层和电离层,既包含规则的日变和行,而是沿稠密大气层沿地磁等高线飞行,使美国导年变干扰,又包含磁暴、亚磁暴等不规则干扰,非磁弹防御系统无法准确预测来袭导弹的飞行弹道轨暴时期干扰磁场一般为数十纳特,磁暴时可超过[7]迹,从而大大增强了导弹的突防能力。1000nT。国内有关地磁导航的