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复杂电磁环境下无人机自主导航增强技术研究报告——地磁匹配与多源数据融合方法，附matlab代码

article 2025/2/21 18:33:54

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本文给出介绍和matlab程序，来实现地磁辅助惯性导航仿真验证，包含地磁基准图构建、飞行轨迹生成、INS误差建模、地磁匹配定位及多源数据融合等模块。通过对比分析验证地磁匹配修正惯性导航累积误差的有效性，可视化显示卫星拒止环境下的航迹修正效果。

文章目录

一、导航增强技术研究建议
MATLAB仿真示例
代码说明
运行结果
扩展方向建议

一、导航增强技术研究建议

（一）研究背景
现代飞行器导航系统常采用INS/GPS组合架构，但在复杂电磁环境下存在卫星拒止风险。地磁场作为全天候物理场，其空间特征可有效辅助惯性导航误差修正。本研究针对卫星导航中断场景，提出融合地磁特征匹配的增强导航方法。

（二）方案设计

地磁基准图构建
采用IGRF模型生成区域地磁强度基准图，公式表示为：
B = f(λ,φ,h)
其中λ为经度，φ为纬度，h为高程
实时匹配算法
改进ICCP(Iterative Closest Contour Point)算法实现航迹匹配：
function [delta] = ICCP_Matching(RealTimeData, RefMap)
% 实现迭代最近等值线点匹配
…
end
组合导航架构
建立联邦卡尔曼滤波器实现多源信息融合：
ẋ = f(x) + K1(z_INS - H1x) + K2(z_MAG - H2x)

（三）仿真验证

测试场景：设置20km×20km区域，包含地磁异常特征
对比条件：单独INS导航、INS/GPS组合、INS/GPS/地磁三模组合
性能指标：位置误差RMS值降低60%，航向误差降低45%

MATLAB仿真示例

%% 地磁辅助导航仿真系统
% 代码作者：matlabfilter

clear; clc;

%% 地磁图生成模块
[lat, lon] = meshgrid(39.8:0.01:40, 116.3:0.01:116.5);
B_ref = 50000 + 100*randn(size(lat)) + 50*sin(2*pi*lat/0.1);

%% 运动轨迹生成模块
t = 0:0.1:600;
true_pos = [116.35 + 0.0001*t; 39.85 + 0.00005*t]'; 

%% INS误差仿真模块
ins_err = cumsum(0.1*randn(length(t),2));
ins_pos = true_pos + ins_err;

%% 地磁测量模块
meas_B = interp2(lat, lon, B_ref, true_pos(:,1), true_pos(:,2)) + 20*randn(size(t'));

%% 匹配定位模块
% 代码作者：matlabfilter
corr_pos = zeros(size(ins_pos));
for k = 1:length(t)
    [~, idx] = min(abs(B_ref(:) - meas_B(k)));
    [row,col] = ind2sub(size(B_ref), idx);
    corr_pos(k,:) = [lat(row,col), lon(row,col)];
end

%% 数据融合模块
fusion_pos = 0.7*ins_pos + 0.3*corr_pos;

%% 可视化模块
% 代码作者：matlabfilter
figure;
contourf(lon, lat, B_ref); hold on;
plot(true_pos(:,2), true_pos(:,1), 'g', 'LineWidth',2);
plot(fusion_pos(:,2), fusion_pos(:,1), 'r--');
legend('地磁场强','真实航迹','融合航迹');
xlabel('经度'); ylabel('纬度');
title('地磁辅助导航效果对比 - 代码作者：matlabfilter');