本发明专利技术公开了一种基于实时测量地磁场的导航方法。基于磁场强度和磁场倾角两类磁场信息，利用二维梯度逼近算法实现长距离地理导航；根据已知目的地的地磁强度和倾角信息，导航体在导航过程中实时测量导航轨迹过程中的地磁场信息，根据磁场强度和倾角的梯度信息进行预测得到航向角度，导航过程中梯度信息在不断更新，直至实现导航体的导航。本发明专利技术在地磁强度测量、倾角计算、步长估计和航向偏转方向存在误差的情况下，同样能保持导航的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种长距离导航方法，尤其是涉及了一种基于实时测量地磁场的导航方法。
技术介绍
1、现有的全球导航卫星系统(gnss)，例如bds、gps、glonass和galileo，可以为许多应用提供全天候、实时的导航和定位服务。但对于在深海工作的auv来说，由于海水的衰减限制了电磁波的覆盖范围，gnss很难访问。gnss导航方法在深海环境下存在很大局限性。
2、水下导航系统通常采用惯性导航系统(ins)、使用成像声纳或光学传感器的同步定位和绘图(slam)或者基于声学测量系统和磁场绘图系统(mms)取代gnss。然而，mms和slam方法需要感兴趣领域的地图，在海洋的场景下建立地图过程十分困难。ins的误差累积效应限制了运行时间，在长距离导航过程中会存在更多误差。
3、基于地磁偏角和倾角的二维梯度逼近算法可以实现长距离、长运行时间的导航，但该方法也存在缺点：地磁偏角是地磁北向与地磁场水平分量之间的夹角，如果没有gnss或者其他精密仪器的帮助，地磁北向的测量和校准是非常困难的，由于误差累计效应，采用惯性陀螺仪的精度也很难在长时间运行时保持可靠。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种基于实时测量地磁场的导航方法，利用地磁强度和地磁倾角来设计一种新的长距离导航方法，从而避免光纤陀螺仪的方向误差直接影响地磁偏角的测量和梯度的估计问题，使得导航方法的鲁棒性和实用性进一步提高。
2、本专利技术采用的技术方案是：
>3、导航方法方法包括以下步骤：4、1)获取导航体的导航起始点作为初始的路径点p0，路径点p0沿随机的第1个航行角度前进任意第1个距离l1到达第1个路径点p1；路径点p1沿随机的第2个航行角度前进任意第2个距离l2到达第2个路径点p2；
5、2)由当前到达的第i个路径点pi以第i+1个采用航行角度预估方法进行处理得到的航行角度前进任意第i+1个距离li+1到达下一个路径点pi+1，并将到达的第i+1个路径点pi+1作为当前的目标点，i更新为i+1，i为大于等于2的正整数；
6、3)根据地磁场信息更新目标点，直到目标点的地磁场信息与导航终点的地磁场信息一致，结束导航，按照路径点的序数从小到大依次连接各个路径点，并将由所有路径点连成的多段线作为导航体的导航路径，实现导航体的导航。
7、所述步骤1)中，获取初始的路径点p0、第一个路径点p1以及第二个路径p2的地磁场信息，所述的地磁场信息包括地磁强度和地磁倾角。
8、所述步骤3)中，根据地磁场信息更新目标点具体为：判断当前目标点的地磁场信息是否和导航终点的地磁场信息相同；
9、若是，结束导航；
10、否则，回到步骤2)。
11、所述步骤2)中，以第i+1个采用航行角度预估方法进行处理得到的航行角度具体为：
12、第i+1个路径点pi+1对应的航行角度通过第i个路径点pi、第i-1个路径点pi-1和第i-2个路径点pi-2，并利用以下公式得到，公式设置如下：
13、
14、
15、
16、其中，为第i+1个路径点pi+1对应的预估航行角度，id为导航终点的地磁倾角，fd为导航终点的地磁强度，fi为第i个路径点的地磁强度，ii为第i个路径点的地磁倾角，df和di分别为地磁强度梯度和地磁倾角梯度，dfx和dfy为不同方向上的地磁强度梯度，l为前进距离，dix和diy为不同方向上的地磁倾角梯度，n为航行角度纠正参数，航行角度纠正参数的取值为0或1；
17、上述航行角度纠正参数的取值通过以下公式确定：
18、
19、
20、
21、其中，为在第i+1个路径点处的预测航行方向的单位向量，当航行角度纠正参数n＝0时，通过上述公式计算得到航行角度纠正参数n为0的情况下的第i+2个路径点的地磁强度和地磁倾角(f′i+2，i′i+2)；当航行角度纠正参数n＝1时，通过上述公式计算得到航行角度纠正参数n为1的情况下的第i+2个路径点的地磁强度和地磁倾角(f′i+2，i′i+2)，通过将两种情况下分别得到的地磁强度和地磁倾角分别相较于第i+1个路径点的地磁强度和地磁倾角，进而确定实际的航行角度。
22、所述的确定实际的航行角度具体为：
23、当航行角度纠正参数n为0时，第i+2个路径点的地磁强度和地磁倾角相较于第i+1个路径点的地磁强度和地磁倾角更接近于终点的地磁强度和地磁倾角时，则航行角度纠正参数n为0，反之航行角度纠正参数n为1；确定航行角度纠正参数n的数值后，将第i+1个路径点对应的预估航行角度作为第i+1个路径点的实际航行角度
24、所述步骤3)中，更新目标点后，采用规范状态估计方法进行后验处理。
25、所述的地磁强度和地磁倾角通过磁传感器获取。
26、所述的导航体为室内机器人和无缆水下机器人中的一种。
27、本专利技术的有益效果是：
28、1、实时测量导航轨迹过程中的地磁场信息即可实现长距离导航，无需任何其他辅助信息和校准；
29、2、通过利用地磁强度代替地磁偏角，进一步简化了导航系统的复杂性。
30、3、在地磁强度测量、倾角计算、步长估计和航向偏转方面存在误差的情况下，同样能保持导航的稳定性。
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【技术保护点】
1.一种基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：所述的确定实际的航行角度具体为：
6.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于实时测量地磁场的导航方法，其特征在于：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：李进，齐小康，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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