小区域地磁定位的扰动因子分析与匹配研究

发布时间：2020-09-05 13:38

　　 地磁定位具有无源、无辐射、全地域、能耗低等优势,近几年成为学者研究热点之一。目前地磁导航最主要应用于设备和武器的定位导航等国防军事领域,地磁导航技术的民用化刚刚起步,关于室内、地下工程等领域的地磁定位理论基础研究较少。为了研究小区域地磁场空间分布特点、时域变化规律和扰动变化特点及地磁匹配算法,选取室内楼道、室外道路以及实验矿井作为研究区进行试验研究。试验采用FVM-400磁通门磁力仪采集地磁数据,数据经过去噪、平滑等处理后,进行了磁总、三轴分量的地磁数据统计分析,提取了研究区的均值、标准差、粗糙度、峰态等地磁图特征,开展了小区域地磁定位适配性评价,进行了地磁定位的归一化互相关匹配算法(NCOR)、平均绝对差算法(MAD)、均方差算法(MSD)的匹配结果的精度对比,并提出了优化的匹配算法MSD(P)。通过小区域空域地磁分布监测,发现小区域内地磁稳定场相对不变,主要体现在异常场和环境场的变化,整体变化复杂,波动范围约几万纳特;通过小区域的时域监测,发现同一点位的磁总场和三轴分量变化趋势总体一致,24h内波动变化明显,一般在日中时达到极小值;多点不同太阳日的重复监测,发现同一点时域扰动不大,最大不超过200nT;电子设备会对地磁测量产生一定扰动,其中手机工作产生扰动的最大距离约50cm,扰动数值在100nT以下。在地磁匹配试验中,MSD、MAD和NCOR匹配算法在无噪声情况下,匹配结果均能达到较好的精度。当加入20~100nT的不同噪声后匹配试验,得出随着噪声增加,匹配结果的定位精度随之下降。MSD总体表现较好,匹配速度快,匹配概率较高。为了消除实测地磁数据的随机噪声对匹配结果影响,优化MSD算法匹配输入,匹配输入由地磁序列改进为邻点磁差序列,建立了MSD(P)匹配模型。通过MSD、MSD(P)加噪后的对比试验得出,MSD(P)与MSD匹配速度一致,但MSD(P)的鲁棒性较好,在100nT噪声时匹配概率能够达到89%。试验结果表明:实测地磁数据组成复杂,扰动较大,目前的算法和测量设备定位精度不高。后期应开展地磁匹配算法的进一步优化和地磁数据采集的抗干扰性研究,为地磁高精度定位可行性提供理论基础。图29幅;表22个;参68篇。
【学位单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P631.2
【部分图文】：

（a）楼道地形图 （b）楼道环境图图 7 室内楼道地形环境图Fig.7 The topography and environment map of corridors室外空地

室外环境图

实验矿井环境图

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 余秋星;;一种基于地磁强度特征的室内定位方法[J];中国新通信;2014年23期

2 罗小荧;康国发;高国明;孙玉婷;;地磁活动指数与太阳活动的小波分析[J];云南大学学报(自然科学版);2014年04期

3 顾春雷;张毅;徐如刚;袁洁浩;王雷;朱志春;;基于虚拟日变台进行地磁矢量数据日变通化方法[J];地球物理学报;2013年03期

4 黄珍雄;罗孝文;官云兰;徐效波;;海洋地磁导航区域适配性分析[J];江西科学;2013年01期

5 刘二小;胡红桥;刘瑞源;吴振森;吴铭君;杨惠根;张北辰;;中山站高频雷达回波的日变化特征及地磁活动的影响[J];地球物理学报;2012年09期

6 谢凡;滕云田;胡星星;李琪;徐沁;;地磁台站的城市轨道交通干扰的小波抑制方法研究——以天津轨道交通干扰为例[J];地球物理学报;2011年10期

7 王鹏;吴美平;阮晴;袁海平;;多属性决策方法在地磁图适配性分析中的应用[J];兵工自动化;2011年08期

8 寇义民;夏红伟;刘睿;王常虹;;一种地磁导航中的低频电磁干扰场分离方法[J];哈尔滨工业大学学报;2011年07期

9 李明明;卢鸿谦;尹航;黄显林;;Novel algorithm for geomagnetic navigation[J];Journal of Central South University of Technology;2011年03期

10 王向磊;;地磁匹配导航中几项关键技术研究[J];测绘工程;2011年01期

相关博士学位论文 前3条

1 康瑞清;建筑物内复杂环境下的地磁场定位导航研究[D];北京科技大学;2016年

2 朱占龙;惯性/地磁匹配组合导航相关技术研究[D];东南大学;2015年

3 王鹏;水下地磁导航适配性研究[D];国防科学技术大学;2014年

相关硕士学位论文 前7条

1 喻佳宝;基于智能手机的室内地磁定位方法研究[D];深圳大学;2017年

2 郑梦含;基于地磁敏感度的室内定位算法的研究[D];东华理工大学;2017年

3 郭鹏杰;基于地磁导航的智能小车研制[D];东华大学;2016年

4 谢宏伟;基于智能手机平台的地磁室内定位系统[D];南京大学;2015年

5 张建林;地磁时变场修正及其在地磁导航中的应用[D];西安工业大学;2013年

6 邓翠婷;地磁匹配中的地磁日变效应与修正[D];南京航空航天大学;2013年

7 杨亚鹏;惯性/地磁组合导航地磁图适配性研究[D];国防科学技术大学;2009年

本文编号：2813083