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第1章 绪论 1

1.1 地磁导航的军事需求 1

1.2 地磁导航的国内外研究现状 2

1.2.1 地磁场理论及地磁图构建技术的研究现状 4

1.2.2 载体磁场标定与补偿技术的研究现状 6

1.2.3 地磁导航技术的研究现状总结和发展趋势展望 10

1.3 本章小结 11

第2章 航空飞行器的运动学分析 12

2.1 引言 12

2.2 地磁导航中的常用坐标系 12

2.2.1 常用坐标系 12

2.2.2 坐标系间相互转换 13

2.3 飞行器的运动学模型 14

2.3.1 作用在飞行器上的力和力矩 14

2.3.2 飞行器运动学方程 15

2.4 飞行器典型的运动状态 17

2.4.1 飞行器在铅垂面内运动 17

2.4.2 飞行器在水平面内运动 19

2.5 计算机仿真研究 22

2.6 本章小结 27

第3章 地磁图构建与地磁场仿真 28

3.1 引言 28

3.2 地磁场概述 28

3.2.1 地磁场特性分析 28

3.2.2 地磁场的描述 30

3.3 地磁场模型 31

3.3.1 国际地磁参考场 31

3.3.2 区域地磁场模型 33

3.4 基于空间插值理论的局域地磁图构建 35

3.4.1 空间插值方法概述 35

3.4.2 基于克里金空间插值的局域地磁图构建 36

3.4.3 空间插值方法的优劣性评估 38

3.5 地磁图的构建与地磁场计算机仿真 39

3.5.1 全球地磁场的构建与仿真 39

3.5.2 基于实测数据的局域地磁图构建与仿真 41

3.5.3 飞行轨迹的地磁场向量仿真 43

3.6 本章小结 48

第4章 地磁场测量 49

4.1 引言 49

4.2 地磁测量传感器 49

4.2.1 磁通门磁力仪 49

4.2.2 质子旋进磁力仪 53

4.2.3 光泵磁力仪 57

4.2.4 超导磁力仪 61

4.2.5 磁阻效应磁力仪 64

4.3 地磁场测量方式 70

4.3.1 地面磁测 70

4.3.2 航空磁测 71

4.3.3 海洋磁测 72

4.3.4 卫星磁测 73

4.4 本章小结 73

第5章 捷联式三轴磁传感器建模与标定 74

5.1 引言 74

5.2 三轴磁传感器的数学模型分析 74

5.3 制造误差建模与补偿 75

5.3.1 单轴磁传感器误差 75

5.3.2 三轴磁传感器轴间误差 75

5.3.3 制造误差的数学模型 76

5.3.4 制造误差参数标定与补偿 77

5.4 安装误差 79

5.5 姿态测量误差 80

5.6 捷联式三轴磁传感器仿真研究 81

5.6.1 三轴磁传感器制造误差仿真、标定及补偿 81

5.6.2 捷联式三轴磁传感器误差仿真 86

5.7 本章小结 90

第6章 地磁测量中载体磁场分析与建模 91

6.1 引言 91

6.2 地磁场测量中载体磁场源分析 91

6.3 载体磁场正演分析 93

6.3.1 稳定磁场基本理论 93

6.3.2 特殊形状的铁磁材料磁场 94

6.3.3 磁偶极子模型磁场 98

6.3.4 载流导线磁场 99

6.4 载体磁场数学建模 100

6.4.1 固定磁场 100

6.4.2 感应磁场 101

6.4.3 涡流磁场及其他干扰磁场 102

6.5 载体磁场的仿真研究 102

6.5.1 磁场正演分析 102

6.5.2 载体磁场计算机仿真 108

6.6 本章小结 111

第7章 载体磁场标定及自动磁补偿 112

7.1 引言 112

7.2 捷联式三轴磁传感器量测数据分析 112

7.2.1 理想捷联式三轴磁传感器的量测数据分析 113

7.2.2 载体磁场对量测数据的影响 113

7.2.3 捷联式三轴磁传感器的量测数据分析 114

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 115

7.3.1 基于椭圆约束的最小二乘法理论 116

7.3.2 数值稳定的带椭圆约束的最小二乘算法 118

7.3.3 水平状态下二维误差标定及自动磁补偿 119

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 120

7.4.1 基于椭球约束的最小二乘法 120

7.4.2 姿态机动下三维误差标定及自动磁补偿 124

7.5 载体磁场标定及自动磁补偿方法仿真研究 125

7.5.1 计算机仿真研究 126

7.5.2 半物理仿真研究 134

7.6 本章小结 135

第8章 地磁匹配导航算法研究 136

8.1 引言 136

8.2 地磁导航的匹配量 136

8.3 地磁导航匹配区域选择 137

8.3.1 传统指标 138

8.3.2 地磁熵及地磁方向熵 139

8.3.3 飞行器地磁匹配时最佳路线选择准则 142

8.4 地磁匹配算法研究 142

8.4.1 匹配算法数学描述 142

8.4.2 地磁匹配范围的确定 144

8.4.3 机动飞行地磁匹配 145

8.4.4 基于旋转变换的地磁匹配 148

8.5 算法仿真及结果分析 150

8.5.1 典型匹配算法的仿真试验及结果分析 150

8.5.2 基于旋转变换的地磁匹配方法仿真试验 154

8.6 本章小结 156

第9章 总结与展望 157

9.1 地磁导航关键技术总结 157

9.2 地磁导航展望 158

参考文献 159