地磁 场包 括 主磁场 、 常场 和 干扰磁 场 ． 异 地磁 场 强 度 的变 化 主要体 现 为 异 常 场 强 度 的变 化 ， 由于 地 磁 异 常场 非常 稳定 ， 基本 不 随 时间 变化 以一般 采 ， 所
２． ０
１５ ．
１Ｏ ． ０． ５ ×ｌ ０ ０ ０ ５ １０ １５ ２ ０ ２ ５ ３ ０ ３ ５ ４． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ０ ４ ５ ５ ０ ７ ｍ
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基 于奇 异 指 数 的地 磁 辅助 导 航 路径 规 划算 法
李欣 ， 王德 生 ， 立国 ， 孙 李世 丹
（ 清华大学 电子 工程 系， 北京 １０ ８ ） ００ ４
摘
要 ： 对地 磁场测量信息观测性较差 的现状 ， 针 为了获得较高 的辅 助导航定 位精度 和 良好 的滤波性能 ， 进行 了地磁辅
第３ ２卷第 ４期
２ １ ４月 ０ １年
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Ｖｏ ＿ ２ Ｎ ． ｌ３ ｏ ４
Ａｐ ． ０１１ ｒ２
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Ｘ／ ｍ
３ 基 于地磁 场奇异指数 的辅助 导航路 径 规 划
辅 助导 航 区域 及 路径 的规 划 ， 接关 系 到 导航 直 的定 位 精度 ． 如第 １ 中所 述 ， 助导 航 区域应 该选 节 辅 择 信息 量 丰富 的区 域 提 高 可 观 测性 ， 域 的 大 小应 区 当保 证 地磁 滤波 长度 内的惯 导指示 轨 迹 和真实 轨 迹 都 在此 范 围 内 ． 外 ， 要 考 虑 最 小 航 程 的 约束 另 还 确 定辅 助导 航 区域 ．
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３Ｏ ． ２５ ． ２０ ． １５ ． １Ｏ ．
０． ５ ×ｌ Ｏ Ｏ ０． １Ｏ ． ０ ２． ０ ３． ０ ４． ５． ５ ． １５ ２． ５ ３． ５ ４． ５ ０
图 ３ 地 磁 异 常 场 奇 异 指 数 图
观的问题 ， 因此 ， 必须合理规划 飞行航迹 ， 获得信息 量 丰 富 的观 测 信 息 ， 能 保 Biblioteka 地 磁 导 航 精 度 ． 才 关
于地形 辅助 导航 的航 迹规 划 算 法 研 究 较 为成 熟 ， 文
献 ［］ ３ 利用多重分形理论计算衡量地形信息量的奇 异 指数 ， 择地形 信 息量 大 的地 形作 为适 飞 区 ， 用 选 采 粒子滤波（ ａ ｉｅ ｌｒＰ ） ｐｒｃ ｔ ，Ｆ 仿真验证了算法对提高 ｔｌ ｆ ｅ ｉ 导 航精 度 的有效 性．
磁 场特 征对 二维 的坐 标点 进行 定位 ， 同地形 导航 、 图
性组合导航方案 无需存储大量的地磁数据 ， 但需 要载体在较长一段时间内连续递推滤波导航定位．
目前具代 表性 的地 磁 滤波算 法 主要是 扩展 卡尔 曼滤 波 （ｘｅｄｄＫ ｌ ｎｆｔ ，Ｅ Ｆ 和 采 样 卡 尔 曼 ｅｔｎｅ ａ ｌｒ Ｋ ） ｍａ ｉ ｅ 滤 波方法 （ｎｃｎ ｄＫ ｌａ ｌ ｒＵ Ｆ 五 ． ｕ ｓｅｔ ａｍ ｎｆｔ ， Ｋ ） 文献 ｅ ｉｅ
助导航路径规划研究 ． 以反映地磁场变化幅度 的奇异指数做 为地磁 场信息量的度量 ， 以点迹 总信 息量及信 息量递增性构 建辅 助导航路径性能指标． 用粒 子滤波算法 ， 采 对不 同路径进行 了辅 助导航性能仿真对 比． 真结果 表明 ， 仿 该算 法规划 的 辅助导航路径 比其他路径具有更好 的导航定位精度 和滤波性能．
关键词 ： 地磁导航 ； 路径规划 ； 多重分形 ； 小波变换 ； 奇异指数
中 图 分 类 号 ：Ｐ ９ ． 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ６７ ３ ２ １ ） － ０ －４ Ｔ ３ １４ Ａ １０ －０ （ ０ １ ０ ０ ９０ ４ ４ ５
Ｆｌ ｈ ｏ ｔ ｌ ｎ ｉ ｇ ｆ ｒ ｇ ｏ ａ ｎ ｔｃ ａ ｄ ｄ ｎ ｖ ｇ ｔｏ ｉ ｔｒ ｕ ｅ ｐ ａ ｎ ｎ ｏ ｅ ｍ ｇ ｅｉ ｉ ｅ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｇ ｕｓｎ ｉ ｇ ａ ｉｙ ｅ ｐ ｎ ｎ ｉ ｇ ａ ｓｎ ｕｌ ｒ ｔ ｘ ｏ ｅ ｔ
目前 ， 基于 等磁 线 的航 迹规 划 技 术 已成 功 应用 于 俄罗 斯 的新 型机动 变 轨 的 Ｓ ｓ一１ 弹 的 制 导 系 ９导
统， 突破 了美 国的反 弹道 导 弹 拦 截 系统 Ｊ 地磁 ／ ． 惯
较， 确定载体真实位置 ， 并利用该信息对惯导系统校 正 ， 高导 航精 度． 提 由此 可见 ， 地磁 场特 征 与 导 航 精 度 密切 相关 ． 目前 ， 地磁 场 ７个 特 征 量 中 ， 磁 场 在 总 强度分量的测量精度最高 ， 而其他 的分量 由于与载 体 的姿态参数相关 ， 精度都难以保证 ， 因而只能选择 地 磁场 总强 度特 征量 的观 测信 息 ． 然 ， 显 用一 维 的地
用地磁异常场特征量作为地磁导航 的参考数据． 载体 上磁 传 感 器 测 得 的是 测 点 的 磁 场 强 度 总 量， 包括地磁场和环境干扰磁场 ， 通过野值剔除和误 差补偿等手段提取 出地磁场信号后 ， 减去 由地磁场 模型给出的主磁场信号， 然后做 日变校正等处理 ， 得 到用 地 磁 异 常 图 来 表 示 地 磁 异 常 场 强 度 的 测 量 值 Ｊ图 １为 某 区 域 内 地 磁 异 常 场 强 度 的 分 布 情 ．
况．
×１ ４ ｎ ５０ ． ４． ５
图 ２ 地磁 异 常 场 梯 度 图
Ｆｉ ． Ｓ ｅ ｃ ａ ｆ ｇ ａ ｉｕ ｅ ｇ２ ｋ ｔ ｈ ｍ ｐ ｏ ｒ ｔｔ ｄ
×ｌ ０ ５Ｏ ・
４５ ・ ４０ ・ ３５ ・
３． ０ ２． ５ ２． ０ １５ ． １０ －
［ ，］ ５９ 指出， 地磁滤波对初始误差要求较高 ； 飞行轨 迹对应的地磁场变化愈大 ， 滤波修正导航偏差愈有
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第３ ２卷
效． 由于地 磁导 航技 术起 步 较 晚 ， 于地 磁辅 助导 航 关
标， 图像亮 度 变化 越剧 烈 的地方 蕴含 的信 息量 越 大 ．