[发明专利]一种基于地磁梯度的近场磁图构建方法

说明书

一种基于地磁梯度的近场磁图构建策略，包括以下步骤：步骤1：测量起始位置处的地磁信息，使潜航器根据任意两个不同的航向角的正常行进，分别测量两点的地磁信息，利用地磁梯度计算中对应信息；步骤2：结合当前点地磁信息，通过地磁参量预测公式构建近场磁图；步骤3：根据不同导航要求，选取合适的航向角进行前进，到达下一个位置后，测量该位置处的地磁信息；步骤4：根据当前点地磁信息，结合先前两点的地磁信息，利用地磁梯度计算，完成梯度的更新；步骤5：循环进行步骤2至步骤4，直到潜航器完成导航目的。本申请方法通过借助历史信息计算地磁梯度并实时更新，从而构建近场磁图，具有计算量小，实时性和可靠性高的特点。

技术领域

本发明属于无先验磁图导航领域，涉及一种基于地磁梯度的近场磁图构建方法。

背景技术

目前地磁导航中，磁图匹配技术发展得相对成熟，但该技术需要有准确的地磁图作为参考，地磁场环境的时变性导致了地磁图的信息缺乏一定的准确性。同时，地磁图的构建需要大量的测量点及数据，这为每一次地磁图的更新带来了极大的挑战。因此，大量研究者开始研究无先验磁图下的地磁导航技术。该技术只需要给定目的地磁场矢量，不需要完整磁图，即可使潜航器到达目的地。由于潜航器只能采样到当前位置的地磁信息，因此需要借助磁梯度实时构建近场磁图，就能够准确预测下一个位置的地磁信息，从而完成最优航向角的计算，引导潜航器快速到达目的地。目前仅有安振昌通过高斯理论和地磁场模型给出了地磁梯度的理论计算公式，由于地球磁场的多变性，该理论计算公式难以应用于实际导航中，如果根据历史信息计算地磁梯度并实时更新则可以得到最新的地磁情况，则可以更加准确的进行相应的导航。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种基于地磁梯度的近场磁图构建方法，在无先验地磁导航中，潜航器只能检测到当前位置的磁信息，而难以提前获得下一个位置的磁信息。该方法通过借助历史信息计算地磁梯度并实时更新，从而构建近场磁图，具有计算量小，实时性和可靠性高的特点，且不会产生累计误差，可应用于实际地磁导航中，相对误差趋近于0，本专利提供一种基于地磁梯度的近场磁图构建方法，包括以下步骤：

步骤1：测量起始位置处的地磁信息(D₀ I₀)，使潜航器按照任意两个不同的航向角θ₁θ₂依次先后行进，两个航向角大小必须不一致，保证地磁梯度的计算公式中矩阵可逆，分别测量两点的地磁信息为(D₁ I₁)，(D₂ I₂)，利用地磁梯度计算出grad(D(x₁,y₁)),grad(I(x₁,y₁))；

步骤2：令结合当前点地磁信息(D₂ I₂)，通过地磁参量预测公式构建近场磁图；

步骤3：根据不同导航要求，选取合适的航向角进行前进，到达下一个位置后，测量该位置处的地磁信息(D₃ I₃)；

步骤4：根据当前点地磁信息(D₃ I₃)，结合先前两点的地磁信息(D₂ I₂),(D₁ I₁)，利用地磁梯度计算grad(D(x₂,y₂)),grad(I(x₂,y₂))，完成梯度的更新，更新地磁梯度时，不再参考之前的地磁梯度，避免了累计误差的产生；

步骤5：循环进行步骤2至步骤4，直到潜航器完成导航目的，每次循环必须保留近2次的航向角和地磁参量值，用于步骤4中的梯度更新。

作为本发明进一步改进，步骤一中地磁参量的预测公式为：