第5章 地磁导航(2课时)
地磁导航关键技术研究
地磁导航关键技术研究引言随着科技的不断发展，导航技术在各个领域的应用越来越广泛。
地磁导航技术作为一种利用地磁场进行定位和导航的技术，在军事、民用等领域都具有重要的意义和应用价值。
本文将介绍地磁导航关键技术的应用和发展，以期为相关领域的研究提供参考。
地磁导航原理地磁导航是利用地球磁场的地磁要素进行位置计算的一种导航方法。
地球磁场由南极和北极向外扩散，形成了一个类似于磁铁的磁场。
地磁导航系统通过感应地球磁场的变化，结合传感器的定位信息，可以计算出自身的位置。
地磁导航关键技术1、传感器技术地磁导航的核心是地磁传感器，它负责感应地球磁场的变化。
目前，地磁传感器技术已经比较成熟，主要有以下几种类型：（1）固态磁芯传感器：这种传感器采用磁性材料作为核心，感应地球磁场的变化，具有体积小、灵敏度高、可靠性好等优点。
（2）电磁感应传感器：这种传感器利用电磁感应原理感应地球磁场的变化，具有测量范围大、精度高等优点。
（3）地磁芯片传感器：这种传感器将地磁测量与惯性测量相结合，具有精度高、体积小、成本低等优点。
2、信号处理技术地磁信号处理技术是地磁导航中的重要环节，主要对传感器输出的信号进行处理和分析，提取出有用的位置信息。
信号处理技术包括滤波、放大、数字化等环节，对于提高导航精度和稳定性具有重要作用。
3、算法技术地磁导航算法是实现位置计算的核心技术，它通过对地球磁场模型的分析和处理，结合传感器的测量数据，计算出位置信息。
常见的算法包括最小二乘法、卡尔曼滤波器等。
地磁导航应用场景1、海洋导航在海洋导航领域，地磁导航技术可用于船舶、潜艇等水下设备的导航。
由于海洋环境复杂多变，传统的卫星导航系统无法提供稳定的导航服务，而地磁导航则可以充分发挥其优势，提高水下设备的导航精度和稳定性。
2、陆地导航在陆地导航领域，地磁导航技术可用于车辆、无人机等移动设备的导航。
例如，在沙漠、丛林等复杂地形环境中，地磁导航可以有效地解决卫星导航信号遮挡和干扰问题，提高移动设备的导航性能。
《重力学与地磁学》地磁学部分
世界地磁场总强度等值线图
1.5.2 中国地磁图
等偏线
等倾线
水平分量
垂直分量
总强度图
1.5.3 非偶极磁场等值线图
非偶极子场 围绕几个中心分 布
强异常可达 地磁场平均强度 的30％～35％
弱异常只有 地磁场平均强度 的6％
2.1.2 地磁场强度的表示
H
U
(U
i
U
j
U
k)
x y z
X = - m0 ¶U r ¶j
Y = - m0 ¶U r cosj ¶l
Z
=
m0
¶U ¶r
2.1.3 国际地磁参考场（IGRF） 1. 高斯系数的获得
U
R
0
(
n1
R r
)
n1
n
(
m0
g
m n
cos m
hnm
sin
m)Pnm (cos )
BT BT0 BT
变化磁场比稳定磁场弱得多（最大的变化磁 场只占总地磁场的 2～4％ ），因此，稳定磁场 是地磁场的主要部分
1.3 地磁要素
1. 直角坐标系： X、 Y、 Z
2. 柱坐标系：
观测点
o
x (地理北） X
D
H (地磁北）
I
y（东） Y
H、 Z、 D 3. 球坐标系：
BT、I、D
基本磁场（nT）
gnm
hnm
-29988
长期变化（nT/a）
gnm
hnm
22.4
11
-1957
5606
《地磁场》课件
卫星磁测
通过卫星轨道测量地磁场 ，具有覆盖范围广、观测 精度高的特点。
地磁场的观测设备
磁力仪
用于测量地磁场强度和方 向的仪器，分为旋转磁力 仪和质子磁力仪等类型。
磁通门磁力仪
利用磁通门技术测量地磁 场，具有高灵敏度和低噪 声的特点。
卫星磁力仪
装载在卫星上进行地磁场 测量的仪器，具有高精度 和全球覆盖的特点。
地磁场变化对人类健康的影响
生理影响
地磁场的变化可能影响人体的生 物电和生物磁，进而影响神经系
统和生理功能。
心理影响
地磁场的变化可能影响情绪和心 理状态，例如在磁暴期间人们更
容易感到焦虑和不安。
疾病风险
长期暴露于不稳定的地磁场环境 中可能增加某些疾病的风险，如
癌症和神经系统疾病。
地磁场变化与地震、火山活动的关系
地磁场的组成
总结词
地磁场由主磁场、地磁异常和磁偏角等部分组成。
详细描述
地磁场主要由主磁场、地磁异常和磁偏角等部分组成。主磁场是指地球内部金属元素所产生的磁场，是地磁场的 主要部分。地磁异常则是指地球表面某些区域的地磁场强度和方向与周围不同的现象。磁偏角则是由于地球内部 的金属元素分布不均匀，导致地磁场方向与地球地理经线不重合而产生的角度差。
地震活动
研究表明，地磁场的变化可能与地震活动有关联，可能是预测地 震的重要指标之一。
火山活动
火山喷发过程中释放的物质可能会影响地磁场，而地磁场的变化也 可能预示着火山活动的发生。
地球物理学研究
地磁场的变化是地球物理学研究的重要领域之一，对于了解地球内 部结构和地球动力学具有重要意义。
06
地磁场的未来研究与展望
03
地磁场的形成与变化
地球磁场航线解析PPT课件
地球磁场 （Geomagnetic Field）
• 磁北极(74.9ºN,101ºW) • 磁南极(67.1ºS,142.7ºE) • 地球磁极由东向西有规律的缓慢的移
动。
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1.地球磁场的构成(三要素 ）
§1.1地球知识
（ 一 ） 磁 差 （VAR/MV—Mag netic Variation ） 1、真经线:指向地理南北的方向线
磁针北端与水平面的交角，通常以磁针 北端向下为正值，向上为负值
范围：0°～90°
（三）磁感应强度
即某地点的磁力大小的绝对值，是一个 具有方向（磁力线方向）和大小的矢量。
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2.地磁要素的变化
地球表面的磁场受到各种因素的影响而随时间发生变化。地 磁要素长期有规律的变化称为世纪变化，其中磁差变化对空中导航的精 确性产生较大影响。磁差世纪变化的年平均值称为磁差年变率。磁差年 变率在航图或磁差图中予以标明，空中导航实施当中应当根据航图或磁 差图上注明的磁差年份和磁差年变率予以修正。
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D：NM
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思考：航图上标注的为真航向角还是 磁航向角？
NM NT
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TC MC
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2、航线距离
航线起点到终点间的地面长度称为航线距离，等于各航段长 度之和
导航系统教案设计模板范文
课程名称：信息技术年级：八年级课时：2课时教学目标：1. 知识与技能：使学生了解导航系统的基本原理，掌握使用导航系统进行定位和导航的方法。
2. 过程与方法：通过小组合作、实践操作，培养学生的动手能力和团队协作能力。
3. 情感态度与价值观：培养学生关注科技发展，提高创新意识。
教学重点：1. 导航系统的基本原理2. 导航系统的使用方法教学难点：1. 导航系统定位和导航的实现原理2. 导航系统的操作技巧教学过程：一、导入新课1. 教师展示一张地图，引导学生思考如何快速找到目的地。
2. 提出问题：什么是导航系统？导航系统有什么作用？3. 学生自由发言，教师总结并引入新课。
二、新课讲授1. 导航系统的基本原理a. 导航系统由卫星定位、地图数据、电子地图和用户界面等组成。
b. 卫星定位：利用GPS等卫星信号进行定位。
c. 地图数据：提供详细的地图信息，包括道路、地标等。
d. 电子地图：将地图数据数字化，便于用户浏览和操作。
e. 用户界面：提供直观的操作界面，方便用户使用。
2. 导航系统的使用方法a. 打开导航软件，输入目的地。
b. 系统根据地图数据计算最佳路线。
c. 显示路线、距离、预计时间等信息。
d. 按照导航提示，驾驶或步行到达目的地。
三、实践操作1. 学生分组，每组一台电脑或手机。
2. 教师指导学生下载并安装导航软件。
3. 学生使用导航软件，查找目的地，进行定位和导航。
4. 教师巡视指导，解答学生疑问。
四、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，强调导航系统的基本原理和使用方法。
2. 鼓励学生在日常生活中运用导航系统，提高出行效率。
五、课后作业1. 查找有关导航系统的资料，了解其发展历程。
2. 尝试使用不同类型的导航软件，比较其优缺点。
3. 设计一个简单的导航系统，并说明其工作原理。
教学反思：本节课通过讲解导航系统的基本原理和使用方法，使学生了解了导航系统的作用和重要性。
在实践操作环节，学生分组合作，提高了动手能力和团队协作能力。
地磁导航技术综述及其与卫星导航等的关系
地磁导航技术综述及其与卫星导航等的关系(2011-03-01 14:00:45)转载▼标签：卫星导航gps地磁地磁导航it1、什么是地磁场？地磁场是地球的固有资源,为航空、航天、航海提供了天然的坐标系。
自从1989年美国Cornell 大学的Psiaki等人率先提出利用地磁场确定卫星轨道的概念以来,这一方向成为国际导航领域的一大研究热点。
地磁导航具有无源、无辐射、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征,其原理是通过地磁传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机中的地磁基准图进行匹配来定位。
由于地磁场为矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量都不同于其他地点的矢量,且与该地点的经纬度存在一一对应的关系。
因此,理论上只要确定该点的地磁场矢量即可实现全球定位。
于地球内部的磁场称为内源场，约占地球总磁场的95%。
内源场主要来自地球的液态外核。
外核是熔融的金属铁和镍，它们是电流的良导体，当地球旋转时，产生强大的电流，这些电流产生了地球磁场。
地磁场总体像个沿地球旋转轴放置在地心的磁铁棒产生的磁场，它内源场的主要部分，也是地磁场的主要特征，占到总地磁场的80%~85%，称为偶极子场。
内源场还有五个大尺度的非偶极子场，称为磁异常，分别为南大西洋磁异常，欧亚大陆磁异常，北非磁异常，大洋洲磁异常和北美磁异常，主要来源于地壳岩石产生的磁场。
起源于地球外的磁场称为外源场，主要由太阳产生，它占了地球磁场的5%。
地磁场是个随时间变化的场，内源场引起的变化称为长期变化，有磁场倒转和地磁场向西飘移。
地磁场每5000~50000年倒转一次，把与现在磁场方向相同的磁场称为正常磁场（磁场从南极附近出来，回到北极），把与现在磁场方向相反的称为倒转磁场，地质时期上出现了四个较大的倒转期，现在为布容正向期，往前有松山反向期，高斯正向期和吉尔伯特反向期。
固体地球外部的各种电流体系引起的地磁场变化快，时间短，称为短期变化。
短期变化又分为平静变化和扰动变化，其中平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化，扰动变化包括磁暴、亚暴、钩扰、湾扰和地磁脉动。
磁场的应用地磁导航系统
磁场的应用地磁导航系统地磁导航系统是利用地球的磁场以及磁感应原理来实现导航的一种技术。
这种导航系统广泛应用于航海、航空、导弹制导等领域。
通过分析地磁场的变化，系统可以确定导航目标相对于地球的方位、位置和速度，并为航行提供准确的引导。
一、地磁导航系统的原理地磁导航系统基于磁感应原理，利用地球的磁场与导航设备之间的相互作用来确定目标位置和方向。
地球的磁场是由地核内部的熔融岩浆流动形成的，具有一定的稳定性和规律性。
导航设备通过测量地磁场的强度和方向来确定自身相对于地球的位置和方向。
二、地磁导航系统的工作原理地磁导航系统主要包括磁感应传感器、信号处理单元和导航控制单元。
磁感应传感器负责测量地磁场的强度和方向，将结果传输给信号处理单元。
信号处理单元对传感器的输出信号进行分析和处理，得出目标的方位、位置和速度等信息。
导航控制单元根据处理结果，为航行提供准确的引导。
三、地磁导航系统的应用1. 航海导航：地磁导航系统广泛应用于航海领域。
通过测量地磁场的强度和方向，船舶可以确定自身相对于地球的位置和方向，实现航行的精确导航。
这对于远洋航行、海底勘探、海上救援等具有重要意义。
2. 航空导航：地磁导航系统在航空领域也有广泛的应用。
飞机可以通过测量地磁场的变化，确定自身相对于地球的位置和方向，进行准确的导航和飞行控制。
这对于航空安全和飞行效率都具有重要作用。
3. 导弹制导：地磁导航系统还被用于导弹制导和打击精度的提高。
导弹可以通过地磁导航系统测量地磁场的变化，确定自身相对于地球的位置和方向，实现精确打击目标。
四、地磁导航系统的优势地磁导航系统相比其他导航技术具有许多优势：1. 稳定性高：地球的磁场稳定性较高，不受天气、时间和地理环境的影响，能够提供可靠的导航信息。
2. 精确度高：地磁场的变化可以被磁感应传感器精确测量，可以提供精确的目标方位、位置和速度等信息。
3. 可用性广：地球上几乎任何地方都存在地磁场，地磁导航系统几乎适用于所有环境和地理条件。
《地磁学》讲义教案.docx
地磁场定义：研究磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科。
固体地球物理学的一个分支。
地球周围存在磁场，简称地磁场。
地球可视为一个磁偶极，其屮-•极位在地理北极附近，另一极位在地理南极附近。
通过这两个磁极的假想肓线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.5度的倾斜。
以前的单位是伽马（=10儿9T=lnT）,现在的单位是特斯拉（=10000 高斯）。
地磁学的研究意义：1,资源、能源勘探2,地质构造运动、地球内部结构与地球动力学3,预防和减轻灾害（地震、火山、滑坡、环境电磁污染等）4,考古5,军事、航空与航天、航海、通讯等：行军、航海利用地磁场对指南针的作用來定向。
地磁场的变化能影响无线电波的传播。
当地磁场受到太阳黑子活动而发牛强烈扰动时, 远距离通讯将受到严重影响，其至中断。
假如没冇地磁场，从太阳发出的强大的带电粒了流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。
在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样了，生命将无法存在。
所以地磁场这顶“保护伞〃对我们來说至关重要。
地磁场的基本属性：1、磁场的基木参数是介质磁化率。
2、磁场是一个欠量场。
3、地磁场比较复杂，因为：磁场向量通常不是垂直方向磁场随时间变化快地磁场是非常弱的磁场。
地球磁场的地磁极与磁极：地磁极：地磁轴为地球表面的交点，其连线一定通过地心。
磁极（磁倾极）：山实测结果得到，即地磁图中倾角为90度而等偏线汇聚的两个，其连线不一定通过地心描述地球磁场空间变化的形式：1＞数据表测点坐标、测虽:时间、地磁耍素的数值、通化值2、地磁图：特定时刻各个地磁要素在地面上的分布图3、2000.0年地磁图：将各个地磁要素通化为2000年1刀1日0时0分的数值4、2000年地磁图：将各个地磁要素通化为2000年7月1日0时0分的数值5、在现代的地磁场观测屮，地磁台一般只记录H, D, Z或X, Y, Z地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。
地磁导航定位原理的应用
地磁导航定位原理的应用1. 引言地磁导航定位是一种利用地球磁场进行定位的技术，通过测量地磁场的强度和方向，可以确定自身的位置和朝向。
这种技术被广泛应用于室内导航、智能车辆导航、无人机导航等领域。
本文将介绍地磁导航定位的原理，并探讨其在实际应用中的具体应用场景。
2. 地磁导航定位原理地球的磁场是由地核的自转和地球电流系统所产生，具有一定的时空变化特性。
地磁导航定位利用地磁场的空间分布和变化规律来确定位置和朝向。
其基本原理可以概括如下：•地磁定位传感器：通过内置的磁传感器测量地磁场的强度和方向。
•磁场数据处理：对测量得到的磁场数据进行数字信号处理和滤波，消除干扰和噪声。
•地磁定位算法：根据处理后的磁场数据，利用定位算法计算出当前的位置和朝向。
3. 地磁导航定位的应用场景3.1 室内导航地磁导航定位在室内导航中具有重要的应用价值。
传统的GPS定位在室内准确度较差，而地磁导航定位可以通过磁场传感器感知地球磁场的变化，实现对室内位置的准确定位。
这在商场、机场、地铁站等复杂建筑环境中具有广泛的应用前景。
3.2 智能车辆导航地磁导航定位在智能车辆导航系统中也有广泛的应用。
智能车辆可以通过地磁传感器感知道路两侧的磁场信息，并利用定位算法确定车辆的位置和行驶方向。
这对于自动驾驶、车辆导航和行车辅助等方面具有重要意义。
3.3 无人机导航地磁导航定位在无人机导航系统中也有着重要的应用。
无人机可以通过地磁传感器测量地磁场的强度和方向，并通过定位算法确定自身的位置和朝向。
这对于无人机的定位、航拍和飞行控制等方面非常关键。
4. 地磁导航定位的优势和挑战4.1 优势•室内定位精度高：地磁导航定位可以提供高精度的室内定位服务，解决了GPS在室内定位中的精度问题。
•环境适应性强：地磁导航定位可以适应各种建筑环境，无论是商场、地铁站还是机场，都可以实现准确的定位。
•成本低廉：与其他定位技术相比，地磁导航定位的成本较低，适合大规模应用。
地磁导航
地磁导航优点
其隐蔽性好、成本低和精度适中等优点成为了当前导航研究
领域的一个热点
地磁导航技术的导航算法分析-远地和序
贯滤波法 , 包括基于批处理最小二乘滤波的地磁导航技术 、 基于 EKF 的地磁导航技术、基于 UKF 和粒子滤波法的地磁 导航技术。大都采用地磁场矢量或者幅值作为滤波观测值,都 需要将磁强计实测值与地磁场模型计算值做比较 ,导航精度必 然会受到地磁场模型精度和磁测量精度的影响
制约地磁导航发展因素-导航算法
当测量噪声或初始误差较大时
,由地磁滤波导航方法获得的精 度普遍偏低。因此 , 地磁匹配方法逐渐成为地磁导航技术的 主流方向 , 虽然一些文献参照景象匹配技术对此展开了初步 研究 ,但是若考虑应用背景, 载体上获得地磁信息图的方式并 不能以“摄像”的形式获得二维图, 而仅能获得依照其航迹上 的一维“线图” 。这种线图的方式比二维图携带的可用于匹 配的信息更少, 导致图的获取、匹配准则、寻优方法等方面产 生了很大的不同 :如何选择采样间隔以使线图包含足够信息且 不失真 、如何避免线图首尾相连下误差的积累等
地磁导航技术的导航算法分析-近地
近地空间运动载体, 地磁匹配方法可以带来更高的导航定位精度 。地 磁匹配导航首先测量出当地的地磁特征量随航迹形成的线图, 再通过 与地磁基准图做匹配 ,从而实现精确定位 。已有的研究表明地磁匹配 方法可以获得比地磁滤波方法更高的导航精度, 现有的地磁导航技术 基本上移植了地形匹配辅助导航技术 , 将地磁测量数据与基准数据库 做匹配定位 , 然后用定位结果去修正惯导误差 , 将地磁测量数据与惯 导系统用卡尔曼滤波算法融合来估计误差状态 。这种借鉴的方法需要 联合惯导共同工作 、实时性较差、只利用到单个匹配特征等 。实际 上,地磁场具有多个强度和角度的特征 ,匹配的可操作性更强 ,因此利用 这个特点 ,开发新型匹配方法和算法将是一个很有前途的研究方向 。
地磁导航原理的应用
地磁导航原理的应用1. 什么是地磁导航原理地磁导航原理是指利用地球的磁场作为导航参考，通过测量和分析地磁场的变化来确定位置和方向的一种导航技术。
地球周围存在一个由地磁场构成的磁场环境，地磁导航原理就是利用这一磁场环境进行导航。
2. 地磁导航原理的应用场景地磁导航原理可以应用于以下场景：•车载导航系统：通过采集车辆周围地磁场的数据，利用地磁导航原理计算出车辆的位置和方向，从而实现车辆的导航功能。
•室内定位系统：在室内环境中，GPS信号往往受限制，无法准确定位。
而地磁导航原理可以通过在室内部署地磁传感器，利用地磁场的变化来实现室内定位。
•矿井导航系统：在地下矿井等供给信号稳定性较差的环境中，利用地磁导航原理可以实现人员和设备的定位功能，提高矿井工作效率和安全。
3. 地磁导航原理的工作原理地磁导航原理基于地球的磁场变化来确定位置和方向。
地球磁场是由地球内部的磁性物质运动引起的，它在地表空间中表现为一个复杂的三维结构。
地磁导航原理的工作原理如下：•第一步：获取地磁数据。
通过地磁传感器测量周围地磁场的强度和方向等数据，并以数字信号形式输出。
•第二步：数据处理。
对获取的地磁数据进行合理处理，包括滤波、降噪等，以得到可靠的地磁数据。
•第三步：地磁场定位。
利用已知的地磁场模型和测量到的地磁数据进行匹配，从而确定当前位置和方向。
4. 地磁导航原理的优势和局限性地磁导航原理具有以下优势：•磁场环境稳定：相比于其他导航技术，地磁导航原理所依赖的地磁场环境相对稳定，不易受到外界因素的影响。
•低成本：地磁传感器相比于其他传感器的成本较低，使用成本相对较低。
•无需外部信号：地磁导航原理不依赖于其他导航系统或信号源，可以单独使用。
然而，地磁导航原理也存在一些局限性：•受环境影响：地磁导航原理受到地磁场环境和周围物体的影响，如建筑物、地下结构等，会对导航结果产生一定影响。
•精度有限：地磁导航原理的精度相对较低，无法满足某些高精度导航需求。
地磁匹配导航的原理
地磁匹配导航的原理地球上的磁场是由内核的涡流和地幔的热对流所产生的大规模磁场结构。
这个磁场有着时间和空间上的变化，这些变化可以被用来进行导航定位。
人们已经观测到地球磁场的变化是有规律的，比如同一地区的磁场变化可以被认为是稳定的，而不同地区的磁场则有明显的差别。
这种差别是由地表的地磁异常所致，它是地壳中的矿物质、岩石和矿物质经地质作用形成的，使地壳地磁场的总场与预报场有差别的异常现象。
通过现代地磁传感器可以测量到地球上的磁场信息，这些传感器可以被安装到移动设备上，例如智能手机和汽车导航系统。
传感器可以测量磁场的三个分量，即X轴（水平向北）、Y轴（水平向东）和Z轴（垂直向上）。
在导航过程中，移动设备会实时采集和记录地磁数据。
为了实现导航定位，需要进行地磁数据的处理和分析。
一般来说，首先需要进行数据的预处理和滤波，以去除噪声和干扰。
然后，通过特定的算法将地磁数据转化为导航方向信息。
常用的算法有地磁传感器校准、地磁判定和地磁匹配。
地磁传感器校准是指通过分析采集的地磁数据，确定地磁传感器的偏差和误差，然后校正得到准确的磁场数据。
这一步骤是非常重要的，因为地磁传感器的准确性对导航定位结果有着重要的影响。
地磁判定是指根据地磁数据来判断当前的导航方向。
可以通过计算磁场矢量的模长和角度来确定设备的朝向。
通过与预先设定的方向进行比较，可以得到当前的方位信息。
地磁匹配是指将测得的地磁数据与地磁数据库进行匹配，来确定当前位置。
地磁数据库通常包含了已知位置的地磁数据集合。
通过对比采集到的地磁数据与数据库中的数据，可以找到最匹配的位置信息。
最后，通过地磁匹配导航系统，可以实现在地铁、室内等GPS信号不可用的环境下的定位导航。
这种导航技术具有定位精度高、成本低廉等优点，被广泛应用于智能手机、车载导航、无人驾驶等领域。
总之，地磁匹配导航的原理是基于地球磁场的变化特征，通过采集地磁数据和利用算法来实现导航定位和方向判定。
通过地磁传感器校准、地磁判定和地磁匹配等步骤，可以实现在GPS信号不可用的环境下的准确导航定位。
九年级物理《地磁场》教案、教学设计
1.分组：将学生分成若干小组，每组4-6人，确保每个学生都能参与到讨论中。
2.讨论主题：以“地磁场对人类生活的影响”为主题，引导学生展开讨论。
-学生可以从导航、环境保护、地质勘探等方面展开讨论。
-教师巡回指导，引导学生深入思考，确保讨论的深度和广度。
3.成果展示：各小组派代表进行汇报，分享讨论成果，其他小组进行补充和评价。
在教学过程中，采用以下方法引导学生主动探究、合作学习：
1.创设问题情境，激发学生的好奇心，引导学生提出问题、思考问题。
2.利用实验、动画等教学资源，让学生直观感受地磁场的存在和特点。
3.组织小组讨论，鼓励学生发表自己的观点，培养学生的合作意识和沟通能力。
4.引导学生通过观察、实验等方法，发现地磁场的分布规律，培养学生科学探究的能力。
5.拓展阅读题：推荐学生阅读与地磁场相关的科普书籍、文章或观看纪录片，拓宽知识面，激发学生对地球科学的兴趣。
-学生需撰写阅读笔记或观后感，分享学习心得。
-教师组织交流分享会，让学生在互动中提升认知。
五、作业布置
为了巩固学生对地磁场知识的掌握，提高学生的实践能力和创新意识，特布置以下作业：
1.知识巩固题：请学生完成课后练习册中与地磁场相关的习题，以选择题、填空题和简答题为主，旨在帮助学生巩固地磁场的产生、分布和应用等基本概念。
-注意引导学生通过解题过程，梳理知识体系，形成系统的认知。
-鼓励学生遇到问题时积极思考，查阅资料，培养自主学习的能力。
-设计问题，如“如何利用地磁场来辨别方向？”、“地磁场对通信卫星有哪些影响？”等，引导学生思考和讨论。
-邀请相关领域的专家或通过视频连线，让学生了解地磁场研究的前沿动态和应用实例。
《地球磁场生物》读书笔记摘抄(3篇)
第1篇一、引言《地球磁场生物》是一部关于地球磁场与生物之间关系的科普读物。
作者通过对地球磁场的研究，揭示了地球磁场对生物的影响，以及生物如何适应和利用地球磁场。
以下是我对这本书的一些摘抄和感悟。
二、地球磁场的起源与特性1. 地球磁场的起源地球磁场是由地球内部的液态外核和固态内核的流动产生的。
地球外核主要由铁和镍组成，在高温和高压的环境下，这些金属流动形成电流，从而产生磁场。
2. 地球磁场的特性地球磁场具有以下特性：（1）稳定性：地球磁场在漫长的地质历史中，总体上保持相对稳定。
（2）方向性：地球磁场具有南北极性，且磁场线呈螺旋状分布。
（3）强度变化：地球磁场的强度在地球历史上存在周期性变化，称为地磁倒转。
三、地球磁场对生物的影响1. 生物导航地球磁场是许多生物进行导航的重要依据。
例如，鸟类在迁徙过程中，会利用地球磁场进行定位。
研究表明，鸟类大脑中存在一种特殊的磁感应细胞，可以感知地球磁场的方向和强度。
2. 生物行为地球磁场对生物的行为也产生一定影响。
例如，某些鱼类在产卵时，会寻找具有特定磁场强度的地点。
此外，地球磁场的变化还会影响某些昆虫的繁殖和迁徙。
3. 生物生理地球磁场对生物的生理过程也有一定影响。
研究表明，地球磁场可以影响生物的生物钟、神经系统和免疫系统等。
四、生物如何适应和利用地球磁场1. 生物适应生物为了适应地球磁场，进化出了一系列特殊能力。
例如，鸟类的大脑中存在磁感应细胞，鱼类具有磁场感应器官，昆虫的复眼可以感知地球磁场等。
2. 生物利用生物利用地球磁场进行导航、繁殖、迁徙等行为。
例如，鸟类在迁徙过程中，通过感知地球磁场方向和强度，找到迁徙路线。
五、地球磁场与人类生活1. 人类导航地球磁场对人类导航具有重要意义。
在古代，人们利用指南针等工具，根据地球磁场的方向进行导航。
如今，地球磁场在航海、航空等领域仍具有重要作用。
2. 人类健康地球磁场对人类健康也有一定影响。
研究表明，地球磁场的变化与某些疾病的发生和发展有关。
七年级地理教案：破解地球的磁场之谜
一、教案基本信息教案名称：七年级地理教案：破解地球的磁场之谜年级：七年级学科：地理课时：2课时编写日期：2024年2月二、教学目标1. 知识与技能：了解地球磁场的概念及其分布特点。
掌握地磁北极和地磁南极的位置。
学会利用磁针确定方向的方法。
2. 过程与方法：通过观察地球磁场分布图，培养观察和分析地理信息的能力。
借助实验，探究地磁场对指南针的影响。
3. 情感态度与价值观：培养对地理现象的好奇心和探索精神。
增强对地球环境的认识，提高环保意识。
三、教学重点与难点重点：地球磁场的概念、地磁北极和地磁南极的位置。
难点：地磁场对指南针的影响，利用磁针确定方向的方法。
四、教学过程1. 导入新课利用地球仪展示地球磁场分布，引导学生关注地球磁场。
提问：“你们知道地球上有磁场吗？磁场有什么作用？”2. 自主学习学生自主阅读教材，了解地球磁场的概念及其分布特点。
学生讨论地磁北极和地磁南极的位置。
3. 课堂讲解讲解地球磁场的形成原因及其分布规律。
讲解地磁北极和地磁南极的位置，并用地球仪展示。
4. 实验探究学生分组进行实验，观察地磁场对指南针的影响。
学生总结实验结果，掌握利用磁针确定方向的方法。
5. 课堂小结教师总结本节课的主要内容，强调地磁场对指南针的影响。
提醒学生注意地球磁场在日常生活中的应用。
6. 作业布置绘制地球磁场分布图，标注地磁北极和地磁南极。
写一篇关于地磁场在生活中的应用的小论文。
五、课后反思本节课通过讲解和实验相结合的方式，使学生了解了地球磁场的概念、地磁北极和地磁南极的位置，以及地磁场对指南针的影响。
在教学过程中，要注意引导学生观察和分析地理信息，培养学生的实践操作能力。
要关注学生的学习反馈，及时调整教学方法，提高教学质量。
六、教学内容6. 地磁场的应用学习地磁场在现代科技领域的应用，如磁悬浮列车、磁共振成像等。
探讨地磁场对电子设备的影响，以及如何保护电子设备免受地磁场干扰。
七、教学过程7. 课堂讲解讲解地磁场在现代科技领域的应用，如磁悬浮列车、磁共振成像等。
地磁导航原理的应用实例
地磁导航原理的应用实例1. 引言地磁导航是一种基于地磁场的导航技术，在现代社会中得到了广泛的应用。
它利用地球表面的地磁场信息，通过处理和解析这些信息，来确定一个人或物体的位置和方向。
地磁导航的原理主要基于地球的磁场和磁传感器的测量技术，具有准确、低成本和实时性强等特点。
本文将介绍地磁导航的原理，并通过实例展示其在实际应用中的情况。
2. 地磁导航原理地磁导航原理基于地球的磁场和磁传感器的测量技术。
地球作为一个大型磁体，产生了一个复杂的磁场，被称为地磁场。
地磁场的分布在不同的地区和不同的时间可能会有差异，但地磁导航技术可以通过对地磁场的测量和分析，来确定在地球上的位置和方向。
地磁导航主要通过磁传感器测量地球的磁场，并对测量结果进行分析处理。
常用的磁传感器包括磁强计和磁电传感器。
磁强计通过测量地磁场的强度来确定方向，而磁电传感器则通过测量地磁场的方向来确定位置。
地磁导航技术还需要与其他传感器和算法结合使用，以提高导航的准确性和可靠性。
例如，可以结合加速度计和陀螺仪等惯性测量单元（IMU）来获得更精确的导航信息。
3. 地磁导航的应用实例3.1. 室内定位地磁导航在室内定位领域中得到广泛应用。
室内环境中，GPS信号往往不可用或精度较低，而地磁导航可以通过测量地磁场来确定一个人或物体在建筑物内的位置。
这在商场、机场、医院和博物馆等室内环境中非常有用，可以帮助人们迅速找到目的地。
3.2. 车辆导航地磁导航在车辆导航系统中也有重要应用。
传统的车辆导航系统主要依赖于GPS信号，但在高楼、隧道和城市峡谷等环境中，GPS信号可能受到阻塞或干扰。
地磁导航可以作为GPS导航的辅助，通过测量地磁场来提供更准确的位置和方向信息，提高导航系统的可靠性和精度。
3.3. 虚拟现实游戏地磁导航还可以应用在虚拟现实游戏中。
虚拟现实游戏通常需要识别用户在现实世界中的位置和方向，以便在虚拟环境中进行相应的操作。
地磁导航可以通过测量地磁场来确定用户的位置和方向，为虚拟现实游戏提供更真实和精确的交互体验。
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地磁导航
地磁场模型与地磁图是研究地磁导航制导技术 的基础, 地磁场建模和地磁图的精确程度是决定地磁 导航技术是否可行的关键因素。 在研究全球地磁场时空变化时, 从19世纪30年 代高斯理论问世以来, 球谐分析一直是主要方法。在 地球物理学中, 表示地球主磁场的国际标准叫做/国 际参考地磁场IGRF，最新模型是IGRF11。 13
地磁导航
地磁匹配算法属于数字地图匹配技术，是地磁 导航的核心技术，目前主要分两类：一类强调它们 之间的相似程度，如互相关算法和相关系数法；另 一类强调它们之间的差别程度，如平均绝对差算法 、均方差算法。 有关地形、图像匹配导航算法也可以应用到地 磁匹配导航中来。 16
地磁导航
地磁匹配算法的特点是： 原理简单, 可以断续使用； 在航行载体需要导航定位时, 即开即用；
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地磁导航
利用地磁进行导航，在技术上具有无源、无辐 射、全天时、全天候、全地域、体积小、功耗低、 性能可靠、抗干扰强的特点，是现代导航技术中不 可缺少的基本导航定位手段。
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地磁导航
1）地磁匹配 把预先规划好的航迹上末段区域某些点的地磁 场特征量绘制成参考图(或称基准图)存贮在载体计 算机中，当载体飞越这些地区时，由地磁匹配测量 仪器实时测量出飞越这些点地磁场特征量，以构成 实时图。在载体上的计算机中，对实时图与参考图 进行相关匹配，计算出载体的实时坐标位置，供导 航计算机解算导航信息。 15
对初始误差要求低, 导航不存在误差积累；
具有较高的匹配精度和捕获概率。
地磁匹配算法是一种较方便灵活的匹配方式，
但是需长一段时间内连续递推滤波导航 定位，对初始误差要求较高；如果飞行器的飞行轨 迹在等磁线变化较为丰富的区域，使用滤波修正导 航偏差更为有效，在一定时间内既能提高滤波收敛 速度，又能提高收敛精度。
地磁导航
地磁导航具有无源、无辐射、全天时、全天候 、全地域、能耗低的优良特征，其原理是通过地磁 传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机中的地 磁基准图进行匹配来定位。 由于地磁场为矢量场,在地球近地空间内任意一 点的地磁矢量都不同于其他地点的矢量, 且与该地点 的经纬度存在一一对应的关系。因此, 理论上只要确 定该点的地磁场矢量即可实现全球定位。 12
地磁导航
当载体在地表附近运行时, 地磁场强度的变化主 要体现为异常场强度的变化, 由于地磁异常场非常稳 定, 基本不随时间变化, 所以一般采用表示地磁异常 场特征的地磁异常图作为地磁导航的参考数据。 磁传感器测得的是测点的磁场强度总量, 包括地 磁场和环境干扰磁场。 按照地磁数据处理方式的不同, 地磁导航分为地 磁匹配与地磁滤波两种方式。 14
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地磁滤波的实现方式可以分为两种。若采用三 轴磁传感器敏感三个不同方向的地磁场强度，则可 得到所测地点的完整的地磁矢量信息，把三分量地
磁数据作观测量进行地磁滤波，滤波精度和三轴磁
传感器的观测精度有直接关系。若测量得到的只是
磁场的模量而对磁场的各个分量方向的变化不响应
，则滤波过程中必须对载体的飞行轨迹进行优化。 19
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地球磁场 不是孤立的，它受到外界扰动的影响 最常见的就是太阳风。太阳风是从太阳日冕层向行 星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要 成分是电离氢和电离氦。它是一种等离子体，所以 有磁场。 太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地 球磁场从地球上吹走似的。 4
地磁导航
尽管这样， 地球磁场仍有 效地阻止了太
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地球空间磁场是一个矢量场，描述地磁场的参量共7 个，其中仅3个是相互独立的，称为地磁要素。
F2 X 2 Y 2 Z2 H2 X2 Y 2 Y H sin D Z H tan I tan I Z / H
tan D Y / X
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地磁场方向角的单位是度分秒；国际通用的磁通量 密度单位是nT，更经常用表示，有时也用高斯作单 位。单位间的关系是： 1T(tesla) = 109nT = 104gauss， 1nT = 1 = 10-5gauss。 地表上地磁场大小，在磁赤道约为3104nT的量级; 在磁极处，约为6104nT的量级。 11
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地磁场（The Earth magnetic field）的基本状态 是一个弱场，平均磁感强度B约0.5×10^(–4) T， 处于一个动态稳定的状态 。 由基本磁场和变化磁场两个部分组成。 基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部 ，比较稳定，属于静磁场部分。
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地球变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要 起源于地球内部，相对比较微弱。 变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。 在地球历史上，地磁场长时间保持大小和方向上 的稳定，但同时，磁极在地理极附近有移动现象 ，而且在地球历史上多次逆转。
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由于地磁场观测模型是非线性的，在地磁导航 滤波算法里，多采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)、 无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF)、自适应卡尔曼滤波和联邦卡 尔曼滤波等方法。 目前主要采用的是前两种算法。
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当太阳活动剧烈时，高能粒子增多，并且快速 地沿磁力线向地球极区沉降，于是便出现了千姿百 态、绚丽多彩的极光。 极光瑰丽多彩是由于高层大气中含有不同元素 的气体受到激发后呈现不同的光色，比较多的是淡 绿光，有时也会发出蓝光、紫光或其他颜色的光。
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地磁场能阻挡宇宙射线和来自太阳的高能带电 粒子，是生物体免遭危害的天然保护伞。 此外海龟能通过地球磁场和太阳及其他星体的 位置来辨别方向，还能利用地磁场为自己绘制地图 ，明确自己的地理位置，最终到达某个特定的目的 地。太阳黑子活动剧烈的时，依靠地磁场“导航” 的鸽子则会迷失方向，四处乱飞。 9
如果把惯导与地磁匹配技术组合使用，利用地 磁匹配技术的长期稳定性弥补惯系统误差随时间累 积的缺点，利用惯导系统的短期高精度弥补地磁匹
配系统易受干扰等不足，则可实现惯性/地磁导航。
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地磁导航还可以和GPS卫星导航、天文导航或 者多种导航方式一起构成组合导航。 有电子磁罗盘(磁场传感器)的GPS制导系统， 既能定位又能定向，是非常可靠的制导系统。即使 在GPS系统失灵和关闭的情况下，电子磁罗盘也可 以作为GPS系统的后备系统而独立、正常地工作。
阳风长驱直入。
在地球磁场的
反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于
是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场 区域，这就是磁层。 5
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地球磁层位于 距大气层顶 600～1000公
里高处，磁层
的外边界叫磁
地球磁尾高温高速等离子体喷流的效果图
层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地
球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成 一条长长的尾巴，称为磁尾。 6