内容简介
地磁导航是一种新型的全天时、全天候、全地域自主导航方式，具有导航误差不累积、无源定位、无辐射、低成本等特点，可广泛应用于兵器、航空、航天、航海等运动平台的定位定向导航及姿态控制。《地磁导航理论与实践》主要根据作者多年来的研究成果和国内外地磁导航技术领域的新进展撰写而成。《地磁导航理论与实践》系统、深入地阐述了地磁导航理论及实践的各项相关内容，主要包括地磁导航的发展背景及其关键技术、地磁基准图的构建、磁矢量传感器的误差标定及补偿、载体磁场分析、载体磁场标定及补偿、地磁导航算法，并以航空飞行器为例，对各种算法进行了仿真验证。
《地磁导航理论与实践》可作为地磁导航技术研究和应用领域的系统设计师、软硬件工程师和科技工作者的业务工具书，也可作为高等院校相关专业教师和研究生教学的教材和参考书。
目录
第1章 绪论
1．1 地磁导航的军事需求
1．2 地磁导航的国内外研究现状
1．2．1 地磁场理论及地磁图构建技术的研究现状
1．2．2 载体磁场标定与补偿技术的研究现状
1．2．3 地磁导航技术的研究现状总结和发展趋势展望
1．3 本章小结
第2章 航空飞行器的运动学分析
2．1 引言
2．2 地磁导航中的常用坐标系
2．2．1 常用坐标系
2．2．2 坐标系间相互转换
2．3 飞行器的运动学模型
2．3．1 作用在飞行器上的力和力矩
2．3．2 飞行器运动学方程
2．4 飞行器典型的运动状态
2．4．1 飞行器在铅垂面内运动
2．4．2 飞行器在水平面内运动
2．5 计算机仿真研究
2．6 本章小结
第3章 地磁图构建与地磁场仿真
3．1 引言
3．2 地磁场概述
3．2．1 地磁场特性分析
3．2．2 地磁场的描述
3．3 地磁场模型
3．3．1 国际地磁参考场
3．3．2 区域地磁场模型
3．4 基于空间插值理论的局域地磁图构建
3．4．1 空间插值方法概述
3．4．2 基于克里金空间插值的局域地磁图构建
3．4．3 空间插值方法的优劣性评估
3．5 地磁图的构建与地磁场计算机仿真
3．5．1 全球地磁场的构建与仿真
3．5．2 基于实测数据的局域地磁图构建与仿真
3．5．3 飞行轨迹的地磁场向量仿真
3．6 本章小结
第4章 地磁场测量
4．1 引言
4．2 地磁测量传感器
4．2．1 磁通门磁力仪
4．2．2 质子旋进磁力仪
4．2．3 光泵磁力仪
4．2．4 超导磁力仪
4．2．5 磁阻效应磁力仪
4．3 地磁场测量方式
4．3．1 地面磁测
4．3．2 航空磁测
4．3．3 海洋磁测
4．3．4 卫星磁测
4．4 本章小结
第5章 捷联式三轴磁传感器建模与标定
5．1 引言
5．2 三轴磁传感器的数学模型分析
5．3 制造误差建模与补偿
5．3．1 单轴磁传感器误差
5．3．2 三轴磁传感器轴间误差
5．3．3 制造误差的数学模型
5．3．4 制造误差参数标定与补偿
5．4 安装误差
5．5 姿态测量误差
5．6 捷联式三轴磁传感器仿真研究
5．6．1 三轴磁传感器制造误差仿真、标定及补偿
5．6．2 捷联式三轴磁传感器误差仿真
5．7 本章小结
第6章 地磁测量中载体磁场分析与建模
6．1 引言
6．2 地磁场测量中载体磁场源分析
6，3载体磁场正演分析
6．3．1 稳定磁场基本理论
6．3．2 特殊形状的铁磁材料磁场
6．3．3 磁偶极子模型磁场
6．3．4 载流导线磁场
6．4 载体磁场数学建模
6．4．1 固定磁场
6．4．2 感应磁场
6．4．3 涡流磁场及其他干扰磁场
6．5 载体磁场的仿真研究
6．5．1 磁场正演分析
6．5．2 载体磁场计算机仿真
6．6 本章小结
第7章 载体磁场标定及自动磁补偿
7．1 引言
7．2 捷联式三轴磁传感器量测数据分析
7．2．1 理想捷联式三轴磁传感器的量测数据分析
7．2．2 载体磁场对量测数据的影响
7．2．3 捷联式三轴磁传感器的量测数据分析
7．3 基于椭圆拟合的二维载体磁场标定及自补偿技术研究
7．3．1 基于椭圆约束的最小二乘法理论
7．3．2 数值稳定的带椭圆约束的最小二乘算法
7．3．3 水平状态下二维误差标定及自动磁补偿
7．4 基于椭球拟合的三维载体磁场标定及自补偿技术研究
7．4．1 基于椭球约束的最小二乘法
7．4．2 姿态机动下三维误差标定及自动磁补偿
7．5 载体磁场标定及自动磁补偿方法仿真研究
7．5．1 计算机仿真研究
7．5．2 半物理仿真研究
7．6 本章小结
第8章 地磁匹配导航算法研究
8．1 引言
8．2 地磁导航的匹配量
8．3 地磁导航匹配区域选择
8．3．1 传统指标
8．3．2 地磁熵及地磁方向熵
8．3．3 飞行器地磁匹配时最佳路线选择准则
8．4 地磁匹配算法研究
8．4．1 匹配算法数学描述
8．4．2 地磁匹配范围的确定
8．4．3 机动飞行地磁匹配
8．4．4 基于旋转变换的地磁匹配
8．5 算法仿真及结果分析
8．5．1 典型匹配算法的仿真试验及结果分析
8．5．2 基于旋转变换的地磁匹配方法仿真试验
8．6 本章小结
第9章 总结与展望
9．1 地磁导航关键技术总结
9．2 地磁导航展望
参考文献
前言/序言
随着新型导航技术的发展，地磁学、测绘学、空间物理学与导航理论的交叉与综合不断加强，地磁导航技术在导航定位、战场电磁信息对抗等领域展现了巨大的军事潜力。地磁导航是一种新型的全天时、全天候、全地域自主导航方式，不仅具有误差不积累、无源定位、无辐射、抗干扰性强、高精度、低成本等特点，而且可以利用地磁场的多种特征量信息进行导航，如总磁场强度、水平磁场强度、垂直分量、.磁偏角、磁倾角、磁场梯度等物理量。地磁场作为地球的固有资源，为航空、航天、航海提供了天然的坐标系，地磁导航可广泛应用于航天器、舰船、导弹、无人机、潜艇等系统的定位定向导航及载体姿态控制等。
自“十一五”以来，随着我国国防技术的发展，地磁导航技术在航天、航空、航海领域的需求日益强烈，技术发展十分迅速。但国内较系统全面地介绍地磁导航技术相关方面的教科书或学术专著很少，且为导论性质，内容浅显。随着地磁导航技术的发展，特别是在航天器、航海器微小型化恶劣环境导航应用中对自主导航的需求，当前该领域迫切需要一本系统介绍海陆空天领域自主地磁导航技术理论和应用的专业书籍。
本书主要根据作者课题组近年来的研究成果和国内外地磁导航技术领域的新进展撰写而成。全书以航空飞行器为应用背景，围绕地磁基准图构建、磁场实时准确测量、地磁导航算法三个关键技术展开论述。内容分为9章：第1章主要介绍地磁导航需求、相关技术的研究现状及其发展趋势。第2章以航空飞行器为例介绍了飞行器运动模型构建及仿真。第3章详细介绍了地磁导航应用中全球地磁基准图及区域地磁基准图的构建理论及方法。第4章至第7章详细阐述了载体在运动过程中实时获取地磁场矢量信息中的基本测量方法、适用传感器选型、三轴磁传感器误差建模及标定补偿、载体干扰磁场分析及标定补偿等相关理论及关键技术。第8章介绍了地磁匹配导航算法中的关键技术。最后在第9章对地磁导航未来的发展趋势进行了展望。
本书系统全面地介绍了地磁导航相关理论和工程实践中的关键技术，内容新颖，特色鲜明，以满足广大科研和教学人员对这一新兴交叉科学领域知识的迫切需求。与国内外出版的同类书相比，本书具有以下特点：
（1）内容系统全面。本书内容涉及地磁学、测绘学、磁场建模理论、误差分析理论、导航理论及应用技术等多学科交叉领域。针对地磁导航技术应用和实践特点，系统阐述了相关的地磁模型及地磁图构建、磁场传感与测量、干扰磁场建模与补偿、地磁导航原理与方法等方面的内容。
（2）理论与实践相结合。本书理论性和工程性并重，既有相应的地磁场及地磁模型构建理论、磁场分析理论、地磁导航理论等，又包含了地磁导航技术在海陆空天领域工程实际应用的具体问题。在相应科学问题的研究和分析中，采用理论分析、仿真技术和工程实践相结合的思路，力争做到理论分析清晰明了，并偏重工程实际应用。
（3）紧跟国际研究前沿。地磁导航是一种新兴载体自主导航技术，国际各科技强国均在大力开展地磁导航相关的研究工作，尚未形成成熟理论和研究方法。地磁导航技术涉及多门学科前沿，本书编写过程中紧跟国际研究前沿，参考近年来地磁导航领域的相关学术论文和研究成果，做到内容新颖、翔实。
