基于仿射变换的地磁匹配定位算法

2021-04-17严羽灵唐清善

电子科技 2021年4期

严羽灵，唐清善，白创

(长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南长沙 410114)

地磁场是属于地球的天然资源[1]。大部分动物能够利用地磁场提供的地磁信息进行导航[2-3]。包括鲸鱼、海龟、候鸟在内的迁徙动物[4]受各种气候环境的影响还可测定精确的位置。地磁导航包括地磁场模型[5]建立、地磁场实时测量和地磁导航算法[6]。地磁导航算法可以分为地磁匹配算法[7]和地磁滤波算法。地磁滤波算法虽然实时性强，但是地磁场相对地理位置具有较强的非线性，导致滤波容易发散。地磁匹配算法[8-9]原理简单，且匹配精度较高，在地磁导航中应用较多。

目前比较常见的算法是地磁场等值线匹配(Magnetic Contour Matching，MAGCOM)算法和迭代最近等值线匹配(Iterative Closest Contour Point，ICCP)算法[10]。MAGCOM 算法只能修正位移误差，不能校正角度误差[11]。而 ICCP 算法[12-13]只能修正角度误差和位移误差，不能修正伸缩误差，因此精度不高。本文提出了一种基于仿射变换的地磁匹配定位算法。仿射变换[14-15]比较常见的有旋转、平移、伸缩变换、反射和剪切。由于惯导系统输出的轨迹与真实轨迹之间只存在位移、角度和伸缩误差，所以只考虑前面3种变换。为了实现该算法，本文改进了第12代国际地磁参考场模型，并输出地磁数据库。再通过MATLAB对参考轨迹、真实轨迹以及该算法进行了仿真。然后通过Mathematica中的迭代和数值求解函数解非线性方程组，并将解输入到MATLAB中进行匹配定位，将各组解的匹配效果进行了比较。