一种基于地磁异常场的多重分形谱分析及构图方法

为深入研究地磁异常场的分布特性,并将其应用于地磁基准图的构建当中,选取NOAA（National Geophysical Data Center）发布的地磁异常场数据进行了多重分形谱分析,证明了地磁异常场具有明显的多重分形特征。并将多重分形理论与克里金插值方法相结合,提出逐步插值校正法（SSICM）,该方法在用克里金法估计未知位置点属性值的同时,利用地磁异常场在小尺度范围内的标度不变性对其进行奇异性校正,在实测数据基础上以网格形式逐级加密,从而构建基准图。实验结果证明与传统方法相比,该方法能够充分刻画地磁异常场的小尺度奇异特征,更加精确地重构真实地磁异常场。     

不同地磁基准图制备方法的比较研究

地磁基准图制备是实现地磁匹配导航的基础性工作，对提高导航精度具有重大意义。地磁测量技术手段的提高，为地磁数据的获取提供有效途径。文中采用4种方法构建地磁基准图，并对不同算法构建的基准图进行比较和精度评价。首先确定性方法和地统计方法基于数学函数和变异函数反映地磁数据分布的空间结构特性，能在各采样率下取得较优的插值结果；其次低采样率条件下压缩感知算法插值能力最强，实验中均方根误差为14.41 nT,相比泛克里金方法精度提升约38.5%;最后神经网络算法随样本训练数据量增多，精度增加幅度最大，采样率10%～30%情况下，均方根误差从72.85 nT下降至14.38 nT。实验表明，实现高精度地磁基准图制备需依据不同分辨率、不同数据量的地磁数据选用优势更大的插值方法。     

基于反距离加权和克里格插值的S-A多重分形滤波对比研究

本文以铜陵矿集区土壤Cu元素含量数据为例,对比研究反距离加权插值法和克里格插值法对S-A多重分形滤波的影响。与单纯的反距离加权插值和克里格插值结果相比,无论是基于反距离加权插值还是克里格插值,多重分形滤波(S-A)方法分解得到的铜陵矿集区Cu元素异常场对已知Cu矿田的指示均更加准确。基于克里格插值结果的异常场相比于基于反距离加权插值结果的异常场,具有更好的异常识别效果,与铜陵矿集区已知Cu矿床分布的空间相关性更加显著,具有矿田尺度的成矿预测价值。     

局部海洋磁力异常图的Coons曲面重构

针对地磁导航中地磁图的精化与制备的问题,采用了一种在地形拟合中使用的Coons曲面模型方法。探讨了使用不同的已知点数和边界曲线方法时Coons曲面的精度变化。针对某测区海洋地磁异常数据进行了实验,并与常用的Taylor多项式和Kriging插值两种方法进行了对比。由实验结果看出其精度优于其他两种方法,为在进行地磁匹配导航时得到更为精细的地磁图提供了一种参考方法。     

地磁室内定位技术研究

基于指纹库进行室内定位,传统的数据采集方式为单点采集,这种采集方式既费时又费力,又不利于数据的更新。本文针对地磁数据的特征,提出一种指纹快速采集方法,借助克里金插值算法快速建立地磁数字基准图,并利用动态时间规整算法实现快速定位。通过试验测试和数据分析,快速采集方式的定位精度能够满足用户的位置服务需求,具有较高的实用价值。     

基于量测残差估计残差协方差的RAE-PEKF匹配算法

地磁异常数据可以为水下潜器提供高隐蔽性的外部辅助信息,修正由惯性导航产生的累积误差。滤波匹配算法作为地磁辅助惯性导航中的核心技术,能够有效削弱地磁观测噪声不确定的影响。基于航迹仿真数据,将全球地磁异常格网数据作为基准图,提出使用量测残差自适应估计观测噪声方差的地磁异常并行扩展卡尔曼滤波匹配算法。通过建立一组基于地磁异常观测量的并行滤波器,结合最优滤波器选取准则来提高算法的可用性和鲁棒性。选取地磁特征分布不同的中国南海海域进行仿真匹配实验,结果表明,该算法能够有效降低纯惯性导航经纬向的匹配误差。仿真条件下,在地磁特征变化明显的区域,地磁辅助惯性导航系统的精度在纬度方向上提高至0.751 53 n mile,在经度方向上提高至0.778 45 n mile。     

基于分形插值的桥梁桥墩沉降预测

基于某跨海大桥桥墩的沉降资料,使用重标极差(R/S)分析方法说明桥墩沉降的非线性下隐藏的持续性特征,并计算其分形维数,证明该沉降时间序列具有分形特性。由此通过历史数据建立迭代函数系统,经分形插值方法求取吸引子,并在吸引子基础上进行延拓,建立基于分形插值的预测模型,并将此算法应用于桥墩沉降数据的预测中。算例结果表明,分形插值理论具有较高的预测精度,可满足实际应用要求。     

地磁室内定位基准图数据采集系统设计

近年来,地磁作为室内定位基准已经成为热点研究领域。本文深入研究了地磁室内定位技术,并通过大量试验,分析了室内磁性材料及电子设备对磁场的干扰,进一步探究了室内磁场特性,证明了磁场信息作为定位依据的可行性;利用Arduino IDE研发了智能地磁数据采集平台,该平台搭载多种传感器,如HMC5983磁传感器和惯性导航传感器等,采集一定密度的室内地磁数据,利用克里金法对该地磁数据进行差值处理,生成2 cm间隔大小的栅格地磁图,作为室内定位基准图保存在数据库中。     

全张量地磁梯度基准图构建及其组合导航方法

为实现利用地磁梯度数据的惯性/地磁梯度辅助导航,给出移相 二维余弦变换时域微分公式,推导出全张量地磁梯度计算公式,实现了高精度地磁梯度导航基准图的构建。并将改进的粒子滤波算法应用于地磁梯度辅助导航系统中,能很好地抑制纯惯性导航系统随时间累积的误差。通过仿真实验分析,验证地磁梯度数据计算方法以及辅助导航滤波算法的有效性和鲁棒性,地磁梯度辅助导航系统的定位精度在100 m以内     

地形建模中的分形应用及分析

地形建模是建立各种三维信息系统和虚拟信息系统的基础,本文针对传统地形建模方法存在逼真度差且不能很好保持原有地形特征的问题,提出将分形曲面插值算法应用到地形建模中。文中采用实验数据完成了地形模型的构建,通过对其盒维数的计算分析和与传统克里金插值及反距离权重插值结果进行比较,发现用分形插值建立的地形模型不仅逼真度高,而且能够很好地保持原有地形的宏观地形指标和分布趋势,显示出其优越性。另外,该方法外业工作量小,费用低。所以,分形插值用于地形建模是一种极具应用价值的方法,对虚拟系统的建设具有重要参考意义。     

一种基于智能手机的室内地磁定位系统

研究分析了手机传感器和室内地磁场的性质后,针对室内定位问题提出了一种基于客户端 服务器架构的定位系统.因智能手机大多搭载了能够收集地磁信号的三轴磁通门传感器,提出了两种构建位置指纹的方法:将地磁传感器的数据水平化,或是结合方向信息和地磁数据构建混合位置指纹,并通过将定位区域划分为网格的方式构建定位基准图.针对两种位置指纹设计了基于欧几里得距离的匹配算法.最后,在Android平台部署应用并进行实验,分别对比了两种位置指纹的定位准确度、地磁匹配速度,实验结果表明系统能够达到1 m的定位精度.      

一种利用磁偏角地磁图自动计算磁偏角的方法

磁偏角地磁图是较理想的确定磁偏角的工具。当需要实时跟踪磁偏角时,可以根据地磁图采集数据建立数据库进行实时查询,但是这种方法工作量较大,过程也比较繁琐。因此,文中提出了一种利用磁偏角地磁图基于二维拉格朗日插值多项式的磁偏角自动计算方法,并详细论述了其原理。实验结果表明,这种方法是可行的,精度较高并可大大提高工作效率。     

一种多源地磁数据融合处理方法

地磁辅助导航是一种重要的定位方法,其关键技术之一就是建立满足地磁导航所需要的地磁图。针对船测地磁数据覆盖面不足,且航测地磁数据延拓精度不高的问题,该文提出了一种以多面函数为基准对地磁测量系统误差进行建模的方法,以完成多源地磁数据的融合,并且通过仿真实验对算法进行了评价,验证了算法的有效性。     

改进粒子群优化算法在地磁匹配中的应用

针对传统地磁匹配算法精度较低及无法修正载体航向误差等问题,该文提出一种基于改进粒子群优化的地磁匹配算法.该算法以平均Hausdorff距离作为适应度函数,采用改进粒子群优化算法在待匹配区内搜索最优解,从而完成地磁匹配.文中基于某区域地磁场数据插值处理后得到的地磁基准图进行仿真实验.结果表明:当载体的初始位置存在较大误差时,改进粒子群优化算法仍具有较高的匹配精度;当载体航向误差较大时,其定位精度较MAGCOM算法相比有大幅的提高.该算法较好地弥补了传统地磁匹配算法存在的缺陷,实现了对地磁匹配算法精度的提高和载体航向误差的修正.     

地球重磁位场辅助水下潜艇导航仿真研究

根据卫星测高反演的重力异常和全球地磁异常格网,构造了西太平洋海域2′×2′重力异常和磁场异常数据作为基准信息,结合SITAN滤波算法在该海域上的两块特征区域上,对比了重力和地磁辅助导航的效果。仿真结果表明,重力和地磁辅助导航的结果与潜艇航线上的重力和磁力信息丰富程度密切相关,两块区域上的两种辅助导航算法的精度都在2nmile左右。     

导航用重力梯度基准图构建方法的比较研究

基准图是重力梯度辅助导航实用化研究的关键技术,由于依靠实测构造大范围基准图还需要较长时间,理论模型逼近重力梯度开始成为可行的构图方法。系统研究了一种基于自由空间异常或布格异常数据的构图方法,避免了相关研究构建梯度图时较少考虑标准测量数据,构图结果物理意义不明确和缺乏实用性的缺点。以重力归算理论推导了构图方法原理,然后用频域算法实现构图过程中两个关键计算过程,通过算例分析了构图效果。所构基准图数值、轮廓等关键特征均与实测重力梯度吻合较好,证明了该方法在重力梯度辅助导航基准图构建中的实用价值。     

MATLAB环境下地面模型构建

在MATLAB环境下进行地面模型的构建就是利用测量获得的数据在MATLAB中运用其内部函数,采用合适的插值拟合方法编程,并运用绘图功能实现地面模型的可视化,从而实现其构建。通过实例分别对插值前的地面模型图及其等高线图与插值前后的地面模型图及其等高线图进行比较,结果证明该方法是可行的,有效的。     

顾及海岸线地理弯曲特征约束的可控分形插值方法

针对海岸线分形插值缺乏地理特征约束和分形过程不可控的局限,提出了一种顾及海岸线地理弯曲特征约束的可控分形插值方法。首先,根据不同海岸地貌类型所呈现的不同弯曲特征和分形特征,对海岸线进行地貌单元划分,将传统的整体分形插值变换为以海岸线地貌弯曲特征为划分单元的分段插值组合;其次,利用一维随机中点移位法对各划分单元分别进行插值,并结合各划分单元的弯曲特征对分形参量分别进行约束控制,以保持海岸线不同地貌单元的弯曲特征;最后,将各插值单元顺次连接起来得到最终插值曲线。实验结果表明,所提方法能够很好地顾及海岸线不同地貌单元的弯曲特征和分形特征,且分形插值过程可控。     

地磁匹配导航算法研究

提出一种MonteCarlo方法和均方差算法（MSD）相结合的匹配算法,并将本算法用于地磁匹配导航中。该方法根据惯性导航系统指示的位置从地磁图上提取参考地磁数据,将地磁测量数据进行若干次随机干扰后和参考地磁数据使用MSD算法进行匹配,得到若干个匹配位置,取其均值作为最终匹配位置。仿真结果表明本算法可行。     

地球重磁位场辅助水下潜艇导航仿真研究

针对磁航向估计受浅场磁异常干扰的问题,提出了一种基于磁异常反演的磁航向误差实时补偿方法。该方法首先利用设计的新型磁传感器阵列测量磁异常源产生的磁梯度张量数据,然后联合位置、磁矩及磁标量信息进行浅场磁异常三维磁矢量的单点反演,最后在背景地磁矢量场准确估计的基础上完成磁航向误差的实时补偿。实验结果表明,该方法可实现存在浅场地磁异常情况下的磁航向准确估计。