Theory, method and application of positioning and navigation of geomagnetic field
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摘要: 地磁定位导航作为多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一，具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时、全天候工作等优点，为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供了一条无源被动的自主定位导航技术途径. 本文对地磁定位在不同的场景和平台下的应用、实现过程进行了详细描述，分析了影响地磁定位应用的关键技术并给出了技术途径，对地磁定位技术的应用效能进行了评估和验证.Abstract: Geomagnetic positioning and navigation, as one of the important technical means in the multi-source fusion navigation and positioning technology system, has the advantages of wide application range, strong anti-electromagnetic interference ability, and all-weather work, etc., which provides a passive and autonomous positioning and navigation technology for the moving carrier, especially in the underground, underwater and other scenes where the satellite signal reception is limited. In this paper, the realization process of geomagnetic positioning in different application scenarios and application platforms is described in detail, and the key technologies affecting the application of geomagnetic positioning are analyzed and the technical approaches are given, so as to deeply explore and verify the practical application of geomagnetic positioning technology.
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表 1 主流磁力仪传感器
性能指标 磁通门磁力仪 光泵磁力仪 质子旋进磁力仪 磁阻传感器 测量原理 法拉第电磁感应，具体是根据物质的磁化非线性来测定磁场强度. 它利用某些软磁材料作为磁芯，再将两级线圈绕在磁芯周围. 在时变磁场的影响下，磁芯的磁化特性在饱和临界点出现周期变化，进而使磁芯上的线圈产生了随环境磁场变化的偶次谐波电势. 这类传感器十分灵敏，分辨率高，鲁棒性良好. 磁通门传感器可用于地球物理勘探和惯性导航等. 一些特殊的原子在外部磁场的作用下会出现塞曼分裂现象，分裂的大小与磁感应强度成比例，精确测定塞曼子能级间的频率，即可计算出此时外部磁场的大小. 这样的原子主要有钾(K39)；铷(Rb87，Rb85)；铯(Cs133)；氦(He4，He3). 依据拉莫尔磁矩进动现象，强磁场使水或碳氢化物中的质子极化，当强磁场突然去掉时，质子就以角速度w绕地磁场旋进. 测定质子的旋进频率即可算出地磁场总强度. 磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的. 磁性材料(如坡莫合金)具有各向异性. 当给带状坡莫合金材料通电流I时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角. 磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成，并将它们接成电桥. 在被测磁场B作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小. 在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比. 测量物理量 矢量测量 标量测量，磁感应强度大小
(模量)标量测量，磁感应强度大
小(模量)矢量测量 分辨率/nT 0.01 0.001 0.01 300 响应频率/Hz 0~1 000 0~10 0~1 0~106 功耗 ＜1 W ~5 W ~5 W ~1 MW 体积 32 mm×32 mm×150 mm φ 60 mm×150 mm φ 75 mm×175 mm 5 mm×5 mm×1 mm 重量/g 400 600 1 000 1 稳定性 零点随时间漂移较大 好 良好 零点随时间偏移、
随温度漂移较大抗冲击性能 良好 一般 一般 很好 动态响应性能 较好 一般 较差 良好 适用方向 车载、机载、船载、星载 机载、地面 不适合运动平台，适合静止观测 行人、机器人 
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图(13) / 表(1)
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