导航不依赖GNSS系统?地磁导航有望成为新型定位工具

2020年9月,美国空军技术学院(AFIT)研发的新型磁导航技术(MAGNAV),将在F-16战斗机上进行测试。为了寻找GPS和GNSS的替代品,AFIT斥资研发新型传感器及相关配套组件,目前初显成效,并计划于空军试飞员学校(AFTPS)进行性能测试,测试地点为内华达州爱德华兹空军基地。

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2020年9月,美国空军技术学院(AFIT)研发的新型磁导航技术(MAGNAV),将在F-16战斗机上进行测试。为了寻找GPS和GNSS的替代品,AFIT斥资研发新型传感器及相关配套组件,目前初显成效,并计划于空军试飞员学校(AFTPS)进行性能测试,测试地点为内华达州爱德华兹空军基地。

项目负责人、空军少校Aaron Canciani 表示,“MAGNAV是学院多年的研究成果,如果实验成功,磁导航技术将成为跨时代的突破。”

美国空军技术学院的“磁导航”设想并非先例,早在多年前,科学家便开始探索利用地磁场实现导航。2016年,约翰·拉奎特(John Raquet)曾在《Inside GNSS》中表示:“我们尝试使用非GNSS方式进行近地导航,但就目前情况而言比GNSS更难实现、且不够准确。”

尽管磁导航科研难度高,但依然具有研发价值。过去数十年中,人们已对GNSS产生依赖,一旦GNSS信号无法使用,各项生产、生活都将受到影响。因此,尽管GNSS技术相对成熟,研发其他导航方式同样重要。

电子工程教授、导航中心技术主任拉奎特、坎西亚尼2016年发表论文《利用地球磁场进行进准定位》,从摘要来看,利用地磁场进行导航,可在任何时刻、任何地点进行,这是相比GNSS的优势所在。

此外,论文提出了一种利用地磁场,为飞机提供辅助导航系统的框架:使用滤波器对地球磁场进行强度测量,用粒子滤波方法与地图位置比较。这种方式不仅能弥补GNSS导航的误差,还可观测地磁场对导航信号的影响。

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在2017年发表的后续论文中,两位科研人员补充道:

“我们用弗吉尼亚州路易莎的飞行数据,验证了导航系统的可用性。我们使用3年前创建的磁地图,在海拔1000英尺的高度下飞行一小时,水平DRMS误差约13米。”由于飞行试验在理想条件下进行,因此该数据被认定为“最小误差”。这表明,地磁场导航精确性实现质的飞跃,地磁导航有望成为全球定位系统的又一重要组成。

2017年至今,多国科学家为此展开研究,发现地壳磁性可作为导航的标志,这一点在海洋中也同样适用。目前,地磁导航使用标量磁性传感器,测量磁场的强度,通过测量结果的细微变化,确定当前位置。在理想的条件下,MAGNAV的误差可小于10米;在环境相对恶劣的地方,最大误差可能会达到1公里。

基于对原子钟和地磁场的探索,一家名为“Geometrics”的制造商,研发了一系列磁力计产品。这一新型磁力计大小约15cc,每个传感器限定功率为2W。

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如今,商用标量磁力计已经在工业、军事等领域广泛使用,其可应用于井口定位、管道追踪、设备检修、工程勘测等工业领域,还能为海洋磁力研究提供帮助,已在美洲多国上架销售。

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