地磁传感器调研报告

地磁场是地球的基本物理场，全球地磁总强度在赤道处大约是30000 nT，极地可达50000 nT。它是一种传统的、简便的、可靠的定位、定向参照系统，在航空、航天、航海、石油钻探、导弹发射等国民经济和国防建设领域具有广泛的应用前景和不可替代的重要作用。上世纪60年代中期，E-Systerms就开始了对地磁导航制导技术的研究，提出并论证了磁场等高线匹配(MAGCOM)导航的概念，由于当时没有实测地磁数据，因此没有进行实验验证。直到1974－1976年，前苏联Ramenskoye设计公司采用磁通门传感器，以地磁场强度作为特征量成功进行了MAGCOM制导的离线实验。瑞典20世纪80年代开始了对地磁导航技术的研究，Carl首次提出了“Magnetic Terrain Navigation”的概念，并利用地磁异常场进行了测速、定位试验。随后的二十多年里，GPS技术取得的巨大进展暂时掩盖了地磁匹配导航的优势，使得地磁匹配导航研究没能获得深入的发展。最近几年，GPS技术暴露出各种弱点，学者们逐渐转向寻找新的导航替代方法，地磁匹配导航就成了考虑中的替代方法之一。2003年8月，美国国防部宣称他们所研制的纯地磁导航系统的导航精度为：地面和空中定位精度优于30m(CEP)；水下定位精度优于500m(CEP)。美国生产的波音飞机上配备有地磁匹配导航系统，在飞机起飞降落时使用。俄罗斯的新型机动变轨的SS－19导弹采用地磁等高线制导系统，实现导弹的变轨制导，以对抗美国的反弹道导弹拦截系统。SS－19导弹再入大层后，不是按抛物线飞行，而是沿稠密大气层沿地磁等高线飞行，使美国导弹防御系统无法准确预测来袭导弹的飞行弹道轨迹，从而大大增强了

导弹的突防能力。2006年美国的Goodrich公司采用三维地磁矢量匹配在飞机上实现了高精度的导航定位。国内在地磁导航方面的研究刚刚起步，中国航天科工集团有限公司三院在地磁匹配制导方面进行了初步研究,并作了静态试验。已有的研究表明，地磁匹配导航适合作为巡航导弹、水面舰船、水中潜器等的主要或辅助导航方法。

地磁导航需要高性能的地磁传感器。20世纪30年代初，人们研制了磁通门磁强计，广泛应用于地球物理、军事工程等领域中测量弱磁场。磁通门磁强计具有分辨率高(最高已达10-11T)、测量范围宽(在10-4T以下)、简易、可靠、经济、耐用、测量方法直接和适用领域广等优点。自问世以来一直倍受关注并不断获得发展与改善。目前磁通门磁强计仍然是进行磁卫星探测、航空磁测、岩（矿）石弱磁参数测量、考古和古地磁等各种微磁、弱磁测量的最为理想的仪器之一。另外，传统的磁通门磁强计都用坡莫合金做磁芯，这种材料必须经1100℃严格的热处理，又惧怕应力，使磁通门传感器的制造成本很高。近年来，世界各国对非晶体材料的研究如火如荼，我国也有很大进展。有的非晶体磁性材料具有坡莫合金一样的高导磁性，而且并不娇贵，不用热处理，因此利用非晶材料制作磁通门传感器是人们所向往的。

近年来，越来越多的用于导航方面的地磁传感器涌现出来。美国KVH公司生产的C-100DE型号的电子罗盘采用磁通门技术，倾斜45°的情况下精度最高为0.5°，KVH公司宣称该电子罗盘专为工业和军事而设计，称C-100DE是当今世界上最先进的电子罗盘。美国PNI公司为了在汽车罗盘市场取得绝对优势，推出TCM系列的电子罗盘，

先后为：TCM2-20、TCM2-50、TCM2.5、TCM2.6、TCM3、TCM5。其中TCM2-20在倾斜20°情况下精度为0.5°，PNI公司认为TCM2-20三维电子罗盘是PNI家族中的佼佼者，称其为罗盘导航应用中的一次革命。TCMS在倾斜90°，翻滚180°的情况下精度达到0.5°，分辨率达到0.1°，PNI公司称其为极端精确的三轴罗盘、姿态仪，上述的这些产品质量好，精度高，而且价格也相当昂贵，价格基本上在万元以上甚至更高。目前国外也有多家公司生产液体式罗盘，精度适宜，但是简单实用、价格低廉。美国的EGaG Sealink Systems生产的用于630型矢量海流计的磁通门罗盘准确度小于5°，而Interoeean System inc.产的用于S4型海流计磁通门罗盘的准确度为2°，类似产品的精度也在2°左右。国内生产和销售电子罗盘的厂家基本都是以代理国外的品牌为主，如上海的直川科技、辉格科技、北京的星网宇达等。国内九十年代末开始电子罗盘的研究。大连海事大学利用磁阻传感器研制了水平状态下的磁罗经；西北工业大学应用磁通门技术于无人机中并研制了原理样机，对实际应用中的罗差进行了智能补偿；航空部212厂采用三轴磁通门研制了捷联式磁罗盘，在倾斜和横摇180°情况下，精度为0.5°；北京理工大学利用基于Lab View开发平台设计的虚拟仪器建立了一种测量三自由度姿态的虚拟数字罗盘模型，其传感器单元由三轴电子罗盘、三轴加速度计和三轴陀螺构成，仿真结果较好。其余国内的大部分研究仍停留在利用Honeywell公司的磁阻传感器来制作电子罗盘上，并对产生的误差进行智能补偿的阶段。