[发明专利]一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统与方法

权利要求书

1.一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统，其特征在于包括：NV色心地磁导航模块、NV色心惯性模块、匹配模块以及组合导航滤波模块；

NV色心惯性模块提供参考位置信息给NV色心地磁导航模块以及组合导航滤波模块，NV色心地磁导航模块根据所述参考位置信息，提供地磁实测数据和地磁基准数据给匹配模块进行匹配计算，得到的位置信息送入组合导航滤波模块，组合导航滤波模块根据输入其中的位置信息以及所述参考位置信息，给出定位导航输出数据，该定位导航输出数据同时反馈给NV色心惯性模块进行误差修正，作为下一步测量参考基准；

所述NV色心地磁导航模块包括NV色心磁力计、地磁补偿与校准模块、地磁模型库模块以及数据提取模块；

NV色心磁力计实现所处位置的磁场大小及方向的测量，并将测量结果提供给地磁补偿与校准模块；

地磁补偿与校准模块根据NV色心磁力计自身磁场及搭载平台固有磁场信息对NV色心磁力计测量得到的磁场大小及方向进行校准与补偿，得到所处位置的地磁实测数据；

地磁模型库模块中储存有导航区域的地磁场数据，数据提取模块根据NV色心惯性模块提供的位置信息提取地磁模型库模块中对应区域范围内的相关数据，作为地磁基准数据并提供给匹配模块；

NV色心惯性模块包括NV色心陀螺仪、NV色心时钟、加速度计以及数据处理模块；

NV色心陀螺仪通过测量Berry相位信息确定搭载平台的转动参数信息；

NV色心时钟测量时钟参数，为测量过程提供时钟信息；

加速度计测定搭载平台的加速度信息；

数据处理模块通过对NV色心惯性模块中的陀螺仪、时钟、加速度计的测量信息进行运算处理，给出参考位置信息；

数据处理模块通过陀螺仪、时钟、加速度计给出的信息运算处理给出NV色心惯性模块得到的参考位置信息，具体为：

NV色心时钟提供钟频信息，实现系统的自主授时；

NV色心陀螺仪提供实时角速度信息对角速度积分得到方向改变信息加上初始方向得到实时的方向信息

结合实时方向信息加速度计得到实时加速度矢量对加速度的积分得到速度改变信息

加上初始速度信息得到实时的速度

对速度进行积分得到位置改变信息加上初始位置信息得到实时位置信息即NV色心惯性模块得到的参考位置信息；

NV色心磁力计、NV色心陀螺仪以及NV色心时钟集成到同一模块；

利用所述定位导航系统进行定位导航，包括步骤如下：

(1)NV色心磁力计测定所处位置磁场信息；

(2)根据NV色心磁力计自身磁场及搭载平台固有磁场信息对NV色心磁力计测量得到的磁场大小及方向进行校准与补偿，得到所处位置的地磁实测数据，即得到清洁过滤后的地磁数据；

(3)根据参考位置信息提取地磁模型库中对应区域范围内的相关数据，作为地磁基准数据；

(4)对地磁数据和地磁基准数据进行匹配计算，给出地磁定位得到的位置信息；

(5)根据步骤(4)得到的地磁定位信息与所述参考位置信息组合确认位置信息，实现精确定位导航；

(6)根据步骤(5)确认的位置信息进行误差修正，作为下一步测量参考基准；

地磁补偿与校准模块根据NV色心磁力计自身磁场及搭载平台固有磁场信息对NV色心磁力计测量得到的磁场大小及方向进行校准与补偿，得到所处位置的地磁实测数据，具体为：

其中，为NV色心磁力计测量得到磁场，为NV色心磁力计及搭载平台自身固有磁场，K为与感应磁场有关的常数，为所处位置的地磁实测数据；

匹配模块对地磁实测数据和地磁基准数据进行匹配计算，具体为：

匹配计算首先进行序列比对，序列比对为匹配过程中一系列地磁实测数据，通过对测量序列与基准图之间的相关性度量实现定位，最终与采集值最为相近的列我们认为是匹配结果；序列比对的度量方式是平均绝对差法MAD、平均方差法MSD、归一化积相关算法NPROD或者积相关算法PROD。

2.根据权利要求1所述的一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统，其特征在于：将磁场测量信息直接与惯性导航系统的输出通过卡尔曼滤波器进行信息融合，给出定位导航输出数据。