泛克里金插值法在地磁图中的应用

克里金插值法是一种无偏、最优的插值方法,但普通克里金插值法要求区域化变量满足二阶平稳假设或是固有假设,但实际应用中这一假设往往无法满足,即存在漂移现象,由于地磁场数据存在有区域异常问题,因此是非平稳的,从而限制了克里金插值方法的应用.通过分析,泛克里金插值法可较好地估计和拟合地磁区域异常,因此可较好地解决地磁数据的插值问题.对地磁数据进行了泛克里金变异函数选取,并完成了地磁区域异常的二次多项式拟合.将克里金插值法和泛克里金插值法应用于地磁图插值处理,并利用交叉证实法验证,结果表明泛克里金法比普通克里金法具有更好的插值效果,得到的地磁图精度有提高.泛克里金插值法避开了克里金插值法的二阶平稳假设,使插值得到的地磁图更加符合地磁场特征.     

区域地磁测量实验及水下载体对周围磁场的影响分析

水下载体和磁力仪的匹配是水下地磁导航的关键技术之一.为了完成匹配实验,首先要选择地磁场平缓的局部区域,基于这一目的进行了局域地磁场的测量,并通过克里金插值法构建地磁图,给出基于克里金插值的局部二维和三维地磁图.从地磁图上可以找到磁异常区域和地磁平缓区域,并在地磁平缓区域进行有无水下载体的地磁空间测量.由于载体主要由铁磁物质组成,安装在载体上的传感器所测量的磁场除了地磁场以外,还有载体硬磁材料产生的固有磁场以及载体内机电设备产生的磁场.因此,如何从复杂的磁场环境中提取地磁场信息是实时测量的一大难题.基于载体的空间磁测,利用传感器测量值构建载体磁场的数学模型,分析了水下载体对周围磁场的影响,为水下载体与磁力仪的匹配和水下磁测提供了理论和实验依据.     

基于Legendre函数的超高阶次地磁场建模方法

Legendre函数是超高阶地磁场模型球谐展开的重要组成部分,是解决高纬度地区数据溢出问题的关键。针对Legendre函数在超高阶地磁场建模中的解算问题,从Legendre函数的递推方法出发,优化了Legendre函数的解算过程,提高了效率和精度,解决了数据溢出问题,并给出了Legendre函数的递推过程、函数值和精度检验值。仿真结果表明,该方法提高了磁场模型数值稳定性及精度,为建立更高阶次的地磁场模型和地磁导航基准图的制备提供理论依据。通过将模型计算的各磁场要素与EMM2010模型相比较,验证了方法的有效性,并生成了全球的地磁图。     

基于主磁场长期变化模型的地磁导航基准图时变修正

地球主磁场长期变化是影响地磁导航基准图时效性的一个重要因素。提出一种以模型预测值对基准图进行时变修正的方法,利用主磁场长期变化模型解决临近空间地磁导航基准图的时变修正问题。基于WMM2010建立地球主磁场长期变化模型,在此基础上建立中国地区临近空间(海拔高度30 km)的主磁场长期变化模型,利用该模型计算出的地磁场分量长期变化率对基准图时变进行修正。仿真实验结果表明,修正后的地磁导航基准图的匹配概率可以达到90%以上,相比修正前有显著提高,且修正前后间隔时间越长效果越明显。利用主磁场长期变化模型修正后的地磁导航基准图具有良好的适配性。     

重力场匹配导航的重力图生成技术

通过对当前用于海洋重力场格网插值的四种常用算法(距离倒数加权法、Kriging法、径向基函数法和改进的二次曲面Shepard方法)进行分析,以相对规则、不同密度的两组数据作为基准数据进行了插值比较。实验结果表明,基于改进的Shepard插值算法相对于其它三种算法具有速度快、精度高的优点,比较符合当前海洋重力数据获取的现状,是进行高精度重力图生成的有效方法。     

地磁缓变区域的多维特征量匹配方法

地磁匹配方法对地磁场分布的特异性有很强的依赖性,地磁场变化平缓区域因特异性不足容易导致匹配失效。针对该问题,利用地磁场具有多个要素描述的特点,提出一种多特征量匹配的改进算法。同时测量航迹上地磁场多个要素,采用平均绝对差作相似性度量,建立多目标最小距离度量指标,进一步将多目标函数统一为加权组合的单目标优化问题,根据各要素地磁场变化特征给出实用的权系数赋值方法。仿真实验表明在单一特征量匹配概率仅有25%的平缓地磁区域,本文提出算法在特征量为三个的条件下可实现86%的较高匹配概率,从而降低了算法对匹配区域特异性的要求,并通过地磁场要素维数对匹配性能影响的数值仿真得到维数选择2-3为宜。     

一种基于概率数据关联的地磁匹配ICCP算法

针对地磁测量误差和地磁补偿余差等带来的匹配误差增大和易造成误匹配的问题,提出了一种基于概率数据关联的地磁匹配ICCP算法。首先,基于磁场测量误差的统计特性,在一定置信范围内生成若干伪测量值,将其视为对应位置地磁场的有效测量,只是它们源于磁场真实值的概率不同;然后,利用ICCP算法对各伪测量值构成的磁场序列分别进行匹配,得到干扰环境下载体可能出现的位置;最后,利用载体的运动约束对各匹配结果进行限制,再对有效的匹配结果进行融合,得到载体最终的位置。实验结果表明,在不同磁场干扰水平下,所提算法的定位精度都能控制在2个地磁图网格左右,具有较好的应用前景。     

地磁场在导航定位系统中的应用

阐述了地磁匹配导航的基本原理及相关地磁场理论,介绍了国内外应用地磁导航的动向及发展现状,提出了地磁导航系统中三个方面的关键技术:一是导航区域地磁数据库的建立;二是载体上磁力仪的实时测量;三是地磁匹配算法。同时,结合有关地磁建模方法、地磁测量补偿算法及地磁匹配导航定位算法,分析了地磁导航存在的主要问题,指出了发展地磁导航应采取的必要措施,为下一步地磁导航的深入研究明确了方向。     

相关地磁匹配定位技术

地磁匹配定位算法的本质是数字地图匹配，相关匹配算法是数字地图匹配的有效算法。在地磁导航中该匹配算法自适应实时构造基准数据序列，并以Hausdorff距离作为相关判断准则。为了提高了算法实时性，提出了预匹配和精匹配相结合的改进措施优化了运算过程。在预匹配过程中，由于地磁数据的离散性，搜索步长定为一个基本网格单元，并与序贯相似检测原则相结合，这样可快速排除非匹配区，筛选得到精匹配所需要的可行区域。在精匹配中，引入了双线性插值法对地磁场原始数据进行加密内插以提高匹配精度。最后利用地磁场数据进行了仿真试验，结果表明在一定条件下该相关匹配算法对地磁导航具有适用性。     

球面泊松小波在全球地磁场建模中的应用

经典的建立全球地磁场模型的球谐分析方法不具有空间局部性,针对这一不足,利用球面泊松小波具有较强局部表示能力的特点,采用球面泊松小波对全球地磁场进行建模。介绍了球面泊松小波的基本理论,阐述了应用球面泊松小波对地磁场建模的基本原理,分析了与建模相关的关键技术。根据国际地磁与高空物理联合会公布的145个地面地磁台站观测数据,建立了基于球面泊松小波的全球地磁场模型,并与IGRF2005模型进行了比对,验证了基于球面泊松小波的全球地磁场建模的可行性和优越性。