利科夫惯性导航

2021-12-11

导读：美空军找到了全球定位系统的替代技术——地磁导航

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前言

地磁导航，是一种无源自主导航技术。它把地磁场当作一个天然的“坐标系”，利用地磁场的测量信息来实现对飞行器、船舶、潜艇等进行导航定位。既不用像卫星导航那样需要依赖外界设备的帮助，也不像惯性导航那样存在误差累积，其较强的抗干扰和生存能力，使它逐渐发展成为一种热门的导航技术，因此又被喻为地球母亲的“金手指”。

地球磁场南北极与地理南北极的指向及应用示意图

我国好不容易搞出了'北斗”，比GPS更牛，但米国又开始研发“地磁导肮系统”，未来地磁导航系统，可以比北斗系统“”GPS“系统更加好用？值得探讨！

美空军找到了全球定位系统的替代技术——地磁导航

美空军地磁导航技术日前取得进展。由美空军和麻省理工学院共同进行的研究显示，地磁导航定位精度可精确至10 m,略低于全球定位系统的3 m精度。

美空军提出的地磁导航示意图

近年来，随着反卫星、电磁干扰等技术快速发展，全球定位系统的脆弱性暴露无遗。因此，美军加快寻找替代技术。在这一背景下，美空军提出地磁导航技术，并与麻省理工学院签订合同，共同实施“人工智能加速器项目”，旨在利用人工智能推动包括地磁导航在内的多项先进技术研发。　　

所谓地磁导航，是通过不同地域的地球磁场强弱度确定位置。就像地形有高低起伏，地球表面磁场强度也不尽相同。为详细掌握地球磁场强度，研究人员利用磁力计测量出各地磁场强度后，绘制出反映地球磁场情况的磁异常图，以此作为地磁导航基础。　　

研究人员认为，与现有各型导航系统相比，地磁导航有两大优势。　　

1）不易受干扰。从自然科学角度看，干扰地球磁场几乎不可能。除非发生核爆，才有可能引发地球磁场的波动。另外，使用干扰机也不具有可操作性。因为干扰地球磁场需要一个规模巨大的干扰机，通过人工智能技术可抵消这种干扰。

2）使用便捷。地磁导航利用磁力计即可读取载具周围的地球磁场强度数值，不受时间、环境等限制。相比之下，全球定位系统依赖天基、陆基系统和基础设施，以及上/下行链路。一些机载替代导航设备也受种种限制，如地形匹配系统无法在海上使用，恒星跟踪器和计算机视觉系统受天气和光线影响较大等。

总结

长期处于沉寂状态的地磁导航技术，近年来开始成为研究热点。特别是大地测量、地球物理等领域的技术进步，使地磁导航技术获得了较快发展。基于重力场测量、地磁场测量等地磁导航方法，开始逐渐受到人们的青睐。

不得不说，地磁导航之所以能够焕发生机，这主要得益于卫星导航等新兴导航技术的“助攻”。因为，任何事物都是一分为二的。卫星导航虽然具有快速、实时、高精度、全天候等优点，应用极为广泛，但也有其自身不足之处。如抗干扰性、保密性、可靠性脆弱以及极区、深山、地下和水下等信号覆盖不全而影响使用等诸多问题。特别是在战时，卫星一旦受到攻击毁坏，很难短时间内修复，依赖于卫星导航技术的大量高精尖武器，将面临“失明”从而失去战斗力。

正因如此，近年来，世界各主要国家都大力发展不依赖于卫星信号的导航定位新技术。如利用多种来源的外界光、电、磁、重力等信号，来实现导航和定位。尤其是隐蔽性好、成本低、抗干扰、精度适中的地磁导航技术，逐渐成为导航定位领域的“新宠”，大有“前浪倒推后浪”之势。

随着大地测量、地球物理等领域研究的逐步深入，高精度、高灵敏、高便捷新型地磁感知仪器的不断研发，以及人工智能技术的快速兴起，地磁导航面临的一系列难题正逐步得到解决。此外，水下有人和无人潜航器、室内和地下空间活动等对导航定位需求的日益迫切，也给地磁导航技术带来了新的发展机遇。

目前已有试验表明，基于智能手机内置磁力计和云端地磁图，理论上可以为用户提供米级精度的定位服务，可在地下矿井、停车场、大型建筑内等场所应用。

地磁导航技术隐蔽性好、抗干扰性强的优点，也决定了它在军事领域具有广泛的应用潜力。它既可作为独立导航系统工作，也可与其他导航系统优化组合，进一步提升战场上导航定位的准确性、稳定性和适用性。