地磁匹配导航仿真系统（地磁定位导航系统）
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能实现地磁定位与导航的仪器是什么？
我知道的实现地磁定位的叫指南针。实现姿态定位的叫惯导，实现坐标定位叫北斗。你描述下你想干嘛，才好给你确定是哪一个？
组合导航技术
组合导航技术
重点领域： 航空电子与武器技术
技术方向： 导航技术
研究内容： 组合导航技术
技术内涵概述：
将两种或两种以上导航系统以适当方式组合为一种导航系统，以达到提高系统精度和改善系统可靠性等目的，这种系统被称为组合(或综合)导航系统。惯性导航系统由于其工作的完全自主性、以及所提供信息的多样性(位置、速度及姿态)，已成为当前各种航行体上应用的一种主要导航设备；并且，在现已得到应用的机载组合导航系统中，绝大部分为惯性为基的组合系统，其中惯性与GPS两者组合的导航系统是组合导航技术发展的一个重要方向。
组合系统的优点可归纳如下：
1、能有效利用各子系统的导航信息，提高组合系统定位精度；
2、允许在子系统工作模式间进行自动转换，从而进一步提高系统工作可靠性；
3、可实现对各子系统及其元件的校准，从而放宽了对子系统技术指标的要求；
4、允许惯导系统进行空中对准和调整，有利于缩短惯导系统的地面对准时间。
目前技术水平(包括与国内外水平对比)：
惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，即在载体内部测量载体运动加速度，经积分运算后得到载体的速度和位置等导航信息。惯性导航是一种完全自主的导航方法，其主要缺点是导航定位误差随时间增长，因而难以长时间独立工作。解决这一问题的途径有两个：一是提高惯导系统本身的精度，一是采用组合导航技术。而实践证明，主要通过软件技术来提高导航精度的组合导航，是一种行之有效的方法。目前在飞机上的通常作法是，在一种中等精度惯导仪基础上，通过卡尔曼滤波器结合进一个或多个辅助传感器，这些传感器将为惯导提供有界信息，从而最终构成一种对短期和长期稳定性以及系统精度都是最佳的组合系统。
军民用前景分析：
自80年代始，组合导航系统日益扩展其应用，尤其受到航空界的重视。在军用方面，美国和北约国家的军用飞机大量装备的是以惯性为基的组合导航系统，其中GPS与惯性的组合更是占有特殊重要的地位。至2004年，一种称为“嵌入GPS接收机的惯导系统”的装置(即EGI)将完全取代单独的机上GPS接收机，而成为美国和北约军用飞机的主要导航设备。另外，在战术导弹上，这些国家也不允许用GPS作为其唯一制导装置。俄罗斯由于其飞机上的传感器或单项装置普遍来说性能不高，所以特别强调对系统综合能力的研究。通过综合利用现有传感器的信息以构成组合导航系统，这是俄罗斯在现役军用机上广泛采用的一种作法。
定义与概念：
将两种或两种以上导航系统以适当方式组合为一种导航系统，以达到提高系统精度和改善系统可靠性等目的，这种系统被称为组合（或综合）导航系统。至于哪些导航系统可相互结合成为组合导航系统，一般是没有什么限制的。但惯性导航系统由于其工作的完全自主性、以及所提供信息的多样性（位置、速度及姿态），已成为当前各种航行体上应用的一种主要导航设备；并且，在现已得到应用的机载组合导航系统中，绝大部分为惯性为基的组合系统，其中惯性与GPS两者组合的导航系统是组合导航技术发展的一个重要方向。
国外概况：
有三个重要前提推动了组合导航的发展：首先，远程/长航时以及武器投放、侦察/反潜以及变轨控制等任务对导航系统提出了更高的要求；第二，现代控制理论的兴起和发展，特别是卡尔曼滤波技术的出现，为组合导航提供了理论基础和数学工具；第三，数字计算机的蓬勃发展为应用卡尔曼滤波方法解决组合导航问题提供了现实可行的条件。
在以惯性为基的机载组合导航系统中，可提供组合的典型传感器有：GPS（或以后的Glonass）、多普勒、罗兰、星体跟踪器、数字地图、雷达高度表、大气数据计算机、合成孔径雷达（SAR）和光电传感器等。
组合系统的优点可归纳如下：
1、能有效利用各子系统的导航信息，提高组合系统定位精度；
2、允许在子系统工作模式间进行自动转换，从而进一步提高系统工作可靠性；
3、可实现对各子系统及其元件的校准，从而放宽了对子系统技术指标的要求；
4、允许惯导系统进行空中对准和调整，有利于缩短惯导系统的地面对准时间。
早期飞机主要靠目视导航。20世纪20年代开始发展仪表导航，30年代出现无线电导航，40年代开始研制超短波的伏尔（VOR）导航系统，50年代惯性导航进入飞机应用，50年代末多普勒导航问世，60年代开始使用远程无线电罗兰C导航系统，60年代中"子午仪"卫星导航正式投入使用，70年代联合战术信息分发系统（JTIDS）得到研制，80年代初出现地形辅助导航，80年代末GPS全球定位系统逐渐进入航空领域。与此同时，从80年代初以来至今，发挥不同导航系统特点的组合导航逐渐得到应用且发展迅速。另外，在30年代无线电导航技术问世之前，天文导航是各种航行体主要（甚至是唯一）的导航手段；但直到今天，无文导航仍在使用，且多以与其它导航相结合的形式出现。
下面简介几种主要导航系统，以及它们与惯性系统组合的情况。
1、VOR/DME 近距无线电导航
VOR和DME是两种近距无线电测量系统。VOR为甚高频全向信标系统，测量飞机磁方位角；DME为测距系统，测量飞机与地面DME台间的斜距。DME作用距离为300～500公里，最远700公里，测距误差为0.1～0.4海里。VOR/DME组成近距无线电导航系统，在其信号覆盖区内还可与惯导组合，以提高飞机区域导航或进场着陆前所需导航信息的精度。
2、多普勒导航
其工作原理是，用多普勒雷达测量航行体相对地球的速度（地速）和偏流角，再从航向系统引入航向信息，然后通过积分运算，最后得到航行体的位置信息。多普勒导航与惯性导航一样，都是一种航位推算定位系统。而多普勒/惯性是一种速度综合模式，它只能减小位置误差随时间增长的速度值，不能改变位置误差随时间增长的基本特性（如惯性系统），这是速度综合导航系统的主要不足之处。
3、远程无线电导航系统
主要指罗兰－C双曲线无线电导航和奥米伽甚低频远距无线电导航。罗兰－C作用距离为1200海里，定位精度为0.25海里（460米）（2维、均方根）。奥米伽导航靠8个地面台实现全球覆盖，定位精度为1～2海里（1.85～3.7公里）（2维、均方根）。当罗兰工作于测距方式时，罗兰/惯性组合是一种类似于GPS/惯性的伪距综合模式，它可消除惯导位置误差随时间增长的性质，使组合后的位置误差变为有界，因而更适于长时间工作航行体的应用。
4、地形辅助导航（TA）
用无线电高度表和数字地图来辅助惯性导航的技术称为地形辅助惯性导航，简称为地形辅助导航（TAN）或地形基准导航（TRN），通俗称为地形匹配。该技术可用来实现精确导航，精度取决于地图精度和地形变化情况，通常为几十米至100米。但TA基本上是一种低高度系统，在300米以上高度时系统精度降低，800～1500米高度时系统无法使用。另外，TAN/惯性/GPS是现代军用飞机常用的一种组合方案。
5、天文导航
天文导航是一种根据天体的精确坐标位置及其已知运动规律，测量天体相对于航行体参考基准面的高度角，从而计算出航行体位置与航向的导航方法。天文导航是一种古老而又崭新的导航技术，又是一种高精度自主式导航手段。当与惯性系统组合时，它可产生一个极其精确的导航解；而且星体的方位和高度数据还可用来向惯性系统提供调平信息。这种组合系统适合于高空远程飞机和要求具有隐身作战能力的战略轰炸机应用。
6、相对导航
JTIDS是把通信、导航和识别综合在一起的一种三军共用的战术多功能综合电子系统，其用户终端分为三类：I类终端供大型飞机（如预警机）和大型舰艇使用，现已装备部队；II类终端供战斗机和一般舰艇使用，已小批投产；III类终端供陆军小分队使用，尚在研制中。JTIDS有一个高精度的导航功能，被称为相对导航，通过测量信号到达时间来测量伪距，最终向用户提供位置、速度和时间信息。由于该系统具有高精度（20纳秒）统一时序，利用多边测距和卡尔曼滤波技术，可实现高精度、多维导航，精度为几十～100米。但由于其导航算法通常适于低动态用户，对高动态尤其是高机动用户，导航算法会产生较大滞后误差。为克服这一缺点，通常将其与惯导相组合，以便在JTIDS丢失信号或坏的测量几何情况下，依靠惯导的航位推算来保持导航精度。
7、GPS全球定位系统
GPS是一种以空间为基的卫星导航系统，在引入"伪距"和"伪距率"概念后，用户接收机只要能同时接收来自空中4颗卫星的信号，就能精确解算出自身所处的三维地理坐标。根据美国政策，GPS可提供两种精度等级的服务：采用商业码（C/A码）的定位精度为100米，军用码（P码）的为16米。虽然GPS具有其它导航设备无法比拟的优点（如极精确的三维位置、速度和时间数据，无源、全球、全天候工作等），但其本质是一种无线电导航系统。在未来战场的电子战环境下，干扰信号将严重影响GPS的工作有效性。为此，美国防部于1996年提出了以GPS为核心的"导航战"思想；并明确，GPS与惯性相组合的方案是干扰环境下一项重要的抗干扰战术。
8、惯性导航系统
惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，即在载体内部测量载体运动加速度，经积分运算后得到载体的速度和位置等导航信息。惯性导航是一种完全自主的导航方法，其主要缺点是导航定位误差随时间增长，因而难以长时间独立工作。解决这一问题的途径有两个：一是提高惯导系统本身的精度，一是采用组合导航技术。而实践证明，主要通过软件技术来提高导航精度的组合导航，是一种行之有效的方法。目前在飞机上的通常作法是，在一种中等精度惯导仪基础上，通过卡尔曼滤波器结合进一个或多个辅助传感器，这些传感器将为惯导提供有界信息，从而最终构成一种对短期和长期稳定性以及系统精度都是最佳的组合系统。
关键技术：
1、将多种系统集成在一起，以构成广义组合能力的数据融合技术；
2、以惯性为基组合导航系统识别欺骗性干扰和抗干扰的技术；
3、将GPS载波相位引入惯性组合系统的技术；
4、利用分散估计理论或联邦滤波器/多模态滤波器进行组合的技术；
5、组合导航系统中惯性系统空中快速对准技术；
6、卡尔曼滤波器的工程化应用，以及有关组合系统可靠性、多维余度、容错能力等的理论与方法的研究。
应用与影响：
自80年代始，组合导航系统日益扩展其应用，尤其受到航空界的重视。在军用方面，美国和北约国家的军用飞机大量装备的是以惯性为基的组合导航系统，其中GPS与惯性的组合更是占有特殊重要的地位。至2004年，一种称为"嵌入GPS接收机的惯导系统"的装置（即EGI）将完全取代单独的机上GPS接收机，而成为美国和北约军用飞机的主要导航设备。另外，在战术导弹上，这些国家也不允许用GPS作为其唯一制导装置。俄罗斯由于其飞机上的传感器或单项装置普遍来说性能不高，所以特别强调对系统综合能力的研究。通过综合利用现有传感器的信息以构成组合导航系统，这是俄罗斯在现役军用机上广泛采用的一种作法。
无人机如何导航
无人机导航技术优缺点分析
目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在劲鹰无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航技术至关重要。
1、惯性导航。优点是不依赖外界任何信息实现完全自主的导航，隐蔽性好，不受外界干扰，不受地形影响，能够全天候工作。缺点是定位误差是随时间积累的累积误差，精度受到惯导系统的影响。
2、GPS导航。优点是全球性、全天候、连续精密导航与定位能力，实时性较出色。缺点是易受电磁干扰;GPS系统接收机的工作受飞行器机动的影响，比如GPS的信号更新频率一般在1 Hz～2 Hz，如果飞行器需要快速更新导航信息，单独搭载GPS系统就不能满足飞行器更新信息的需要。
3、多普勒导航。优点是自主性好，反应快，抗干扰性强，测速精度高，能用于各种气候条件和地形条件。缺点是工作时必须发射电波，因此其隐蔽性不好;系统工作受地形影响，性能与反射面的形状有关，如在水平面或沙漠上空工作时，由于反射性不好就会降低性能;精度受天线姿态的影响;测量有积累误差，系统会随飞行距离的增加而使误差增大。
4、地形辅助导航。优点是没有累积误差，隐蔽性好，抗干扰性能较强。缺点是计算量较大，实时性受到制约;工作性能受地形影响，适合起伏变化大的地形，不适宜于在平原或者海面使用;同时还受天气影响，在大雾和多云等天气条件下导航效果不佳;要求飞行器按照规定的路线飞行，不利于飞行器的机动性。
5、地磁导航。地磁导航具有无源、无辐射、隐蔽性强，不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征，导航不存在误差积累，在跨海制导方面有一定的优势。缺点是地磁匹配需要存储大量的地磁数据;实时性与计算机处理数据的能力有关。
6、组合导航
组合导航是指把两种或两种以上的导航系统以适当的方式组合在一起，利用其性能上的互补特性，可以获得比单独使用任一系统时更高的导航性能。除了可以将以上介绍的导航技术进行组合之外，还可以应用一些相关技术提高精度，比如大气数据系统、航迹推算技术等。
1.INS/GPS组合导航系统
组合的优点表现在:对惯导系统可以实现惯性传感器的校准、惯导系统的空中对准、惯导系统高度通道的稳定等，从而可以有效地提高惯导系统的性能和精度;对GPS系统来说，惯导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能力，提高接收机动态特性和抗干扰性。另外，INS/GPS综合还可以实现GPS完整性的检测，从而提高可靠性。另外，INS/GPS组合可以实现一体化，把GPS接收机放入惯导部件中，以进一步减少系统的体积、质量和成本，便于实现惯导和GPS同步，减小非同步误差。INS/GPS组合导航系统是目前多数无人飞行器所采用的主流自主导航技术［7-8］。美国的全球鹰和捕食者无人机都是采用这种组合导航方式。
2.惯导/多普勒组合导航系统这种组合方式既解决了多普勒导航受到地形因素的影响，又可以解决惯导自身的累积误差，同时在隐蔽性上二者实现了较好的互补。
3.惯导/地磁组合导航系统
利用地磁匹配技术的长期稳定性弥补惯系统误差随时间累积的缺点，利用惯导系统的短期高精度弥补地磁匹配系统易受干扰等不足，则可实现惯性/地磁导航，具备自主性强、隐蔽性好、成本低、可用范围广等优点，是当前导航研究领域的一个热点。
4.惯导/地形匹配组合导航系统
由于地形匹配定位的精度很高，因此可以利用这种精确的位置信息来消除惯性导航系统长时间工作的累计误差，提高惯性导航系统的定位精度。由于地形匹配辅助导航系统具有自主性和高精度的突出优点，将其应用于装载有多种图像传感器的无人机导航系统，构成惯性/地形匹配组合导航系统，将是地形匹配辅助导航技术发展和应用的未来趋势。
5.GPS/航迹推算组合导航系统
航迹推算的基本原理:在GPS失效情况下，依据大气数据计算机测得的空速、磁航向测得的真北航向以及当地风速风向，推算出地速及航迹角。当GPS定位信号中断或质量较差时，由航迹推算系统确定无人机的位置和速度;当GPS定位信号质量较好时，利用GPS高精度的定位信息对航迹推算系统进行校正，从而构成了高精度、高可靠性的无人机导航定位系统，在以较高质量保证了飞行安全和品质的同时，有效降低了系统的成本，使无人机摆脱对雷达、测控站等地面系统的依赖。
有没人说一下地球磁场定位现在如何了
地磁定位的由来
众所周知，我们生活的世界，处处遍布着地球磁场。合理利用这种天赐的资源是生物的本能。
很多鸟类，尤其是迁徙的候鸟，在做长途飞行时都能利用地球磁场来保持其飞行路线不发生偏离，研究发现这些鸟类有一种特殊的“联觉”，可以让它们“看到”地球磁场中磁力线的分布,就好像它们看到周围环境中只有五彩缤纷的图案一样。
而人类利用地磁进行方向辨认和导航亦由来已久，古代人发明的指南车、航海罗盘，都是很好的例证。现如今，随着测量仪器的发展，和对地磁研究的深入，人们可以对不同空间的地磁场进行精确描述和测量，使得地磁定位导航成为了可能。
室内地磁定位是怎么一回事？
地球本身是一个巨大的磁体，它在地理南北两极间形成一个基本的磁场。但这种地球磁场会受到金属物的干扰，特别是穿过钢筋混凝土结构的建筑物时，原有磁场被建筑材料（金属结构）扰动扭曲，使得每个建筑物内都形成了独特的“磁性纹路”，也就是说在室内形成了一种有规律的“室内磁场”。
而且，如果建筑物本身不发生钢筋体的结构性改变，室内磁场的特性也就固定不变。而室内地磁定位正式捕捉这种“室内地磁场”的规律特征来实现的，通过手机端普遍集成的地磁传感器去收集室内的磁场数据，辨认室内环境里不同位置的磁场信号强度差异，从而匹配自己在空间中的相对位置。
室内地磁定位精度
理论上不同位置的地磁场差异性是微秒的，普通的测量工具是无法探测的，但这种被建筑物扰动扭曲后的“室内地磁场”却恰恰加强了地磁信号的差异性，使得室内地磁数据的获取变得可能，也间接提高了定位的精准性。由于室内每一小块空间的磁场纹路都是独一无二的，所以当手机获取了该区域的磁场特征后，匹配系统中的磁场数据库，就能进行精确定位，通常精度在2米左右，足够胜任大部分室内环境的定位需求。
室内地磁定位的优势
1、无硬件
定位环境不需要部署额外的硬件，完全零施工，也不用采用额外的终端，带有地磁传感器的手机即可部署和体验，不分场景和时间，不需担心设备供电，不需要现场维护等各种问题，方便用户进行大规模推广和应用。
2、无累积误差
作为一种匹配定位算法，地磁导航的误差不会随着时间产生累积效应，非常适合与惯性导航系统进行信息融合，构成组合导航系统，对惯性器件产生的累计误差进行及时的修正。
3、低成本
由于没有了硬件成本，室内地磁定位系统的整体成本也会大大降低。
室内地磁定位的不足
1、地磁数据采集工作
地磁定位技术的使用要始于对现场地磁数据的采集，而且每当室内环境有较大的变动，比如重新装修的情况时，需要重新对现场地磁数据进行采集更新，这相当于给用户带来了较多的工作量。
2、信号干扰
地磁信号本身是容易受到金属物的干扰，室内环境又很难保持一成不变，假如用户周边突然出现驶过一辆汽车，现场磁场受到干扰，对其位置的获取势必有较多影响，因此地磁定位的稳定性值得商榷。
3、初始位置的获取
地磁定位是相对位置，所以单纯依靠地磁来定位是没法立刻获取初始位置的，很多方案都要求用户在使用定位前在室内行走5~8米，以帮助获取初始位置，也有很多方案采取其他定位技术（比如PDR/iBeacon/Wifi）来辅助获取初始位置，这也是室内地磁定位技术最难解决的问题。
