[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

说明书

一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统与方法，系统包括：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。

技术领域

本发明涉及一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统与方法，属于定位导航领域。

背景技术

多源融合定位导航是国家下一代PNT(position定位、navigation导航、timing授时)体系建设的重点，其原理是利用各种高精度探测仪器对所处环境的重力、磁场、地形等信息进行测量，并与数据库进行比对，从而得出位置信息并进行导航应用。在这其中，基于地磁和惯性组合导航方法是一种重要的可行方法。该方法中，惯导系统给出初步的粗略位置参考信息，从而初步确定该位置在地磁系统中所处的区域；地磁探测系统探测位置地磁信息，并通过匹配算法与地磁图比对进而确定位置。通过磁场定位修正，该方法一方面克服了惯导系统长期测量导致的系统误差问题，另一方面解决了地磁导航中数据过于庞大的问题，两者相互促进，大幅提升导航精度。

在传统的地磁与惯性组合PNT方法中，地磁探测需要高精度的磁力计，惯性系统需要陀螺仪、原子钟和加速度计等惯性元件。这些元件所基于的物理系统及原理各不相同，导致整个系统庞大、复杂、昂贵、可集成度低，严重影响了其在相关领域的实际应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统与方法，借助金刚石内NV色心的电子自旋实现地磁及惯性信息测量，具备集成度高、利于芯片化、可靠性好和定位导航精度高等优势。

本发明的技术解决方案是：

一种基于金刚石内NV色心的定位导航系统，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。

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。

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；