基于旋转磁场的导航定位方法研究.pdf

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1、硕士学位论文基于旋转磁场的导航定位方法研究RESEARCHONTHEMETHODOFNAVIGATIONANDPOSITIONINGBASEDONROTATINGMAGNETICFILED杜宁哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V249.32+9学校代码：10213国际图书分类号：627.7密级：公开工学硕士学位论文基于旋转磁场的导航定位方法研究硕士研究生：杜宁导师：李清华副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V249.32+9U.D.C:627.7Disserta

2、tionfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEMETHODOFNAVIGATIONANDPOSITIONINGBASEDONROTATINGMAGNETICFILEDCandidate：DuNingSupervisor：AssociateProf.LiQinghuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2

3、018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要二十一世纪以来，随着硬件科技的发展，导航系统的研究一直是以惯性导航为核心，近些年随着导航应用领域的不断扩展，对导航定位方法提出了更高的要求，传统的惯性导航技术因存在积累误差而无法长时间使用。为了达到能够长时间使用和穿透性、抗干扰能力强的目的，本文提出了一种基于旋转磁场的导航定位方法，并构建了以通电螺线管为磁源的磁信标导航系统。首先围绕通电螺线管的磁场空间分布模型进行研究，在现有的理想磁偶极子模型基础上，根据目标点距磁源的距离划分近场和远场，对通电螺线管进

4、行了等效磁偶极子分析，提出了一种将通电螺线管等效为磁偶极子的算法与实验方法，最终建立了磁信标的磁场空间分布模型。接着提出了基于单磁信标的导航定位算法，并完成了磁信标系统的设计与搭建，阐述了系统的软硬件设计过程与各模块的工作机制。在此基础上，使用实际系统对定位算法进行了实验验证，得出定位精度在5%以内。最后，对磁信标系统和定位算法进行了误差分析，建立了螺线管不正交的误差模型，通过实验数据得到了目标点处存在铁磁介质与被非金属遮蔽物遮挡时的方位角误差，实验结果表明二者对系统的定向精度并无影响，又通过对磁场强度幅值的分析可知其对目标点距离的测算也无影响，因此表明这种介质不会对系统的导航定

5、位造成误差。此外，针对实际环境中存在的电磁干扰与噪声，提出了一种基于傅里叶分解和最小二乘估计结合的正弦波拟合方法，实现了对原始磁场强度信号的拟合与重构，提高了系统的定位精度。关键词：旋转磁场；螺线管；磁偶极子；导航定位；误差分析IAbstractAbstractSincethetwenty-firstCentury,withthedevelopmentofhardwaretechnology,theresearchofnavigationsystemhasbeentakinginertialnavigationasthecore.Inrecentyears,withthecont

6、inuousexpansionofnavigationapplications,thenavigationandpositioningmethodshavebeenhigherrequirements.Thetraditionalinertialnavigationtechnologycannotbeusedforalongtimebecauseoftheexistenceoferroraccumulation.Inordertoachievealongtime,penetrationandanti-interferenceability,anavigationandpositi

7、oningmethodbasedonrotatingmagneticfieldisproposed,andamagneticbeaconnavigationsystemwithapowersolenoidasamagneticsourceisconstructed.Firstly,themagneticfieldspatialdistributionmodeloftheelectricsolenoidisstudied.Onthebasisoftheexistingidealma