面向地磁导航的位场延拓空间域算法研究 陈龙伟 9787118102710 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈龙伟 著

图书标签:

• 地磁导航
• 位场延拓
• 空间域算法
• 地球物理
• 导航定位
• 信号处理
• 数学模型
• 算法研究
• 陈龙伟
• 9787118102710

店铺： 智博天恒图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118102710

商品编码：29462356591

包装：平装

出版时间：2015-10-01

图书基本信息
图书名称	面向地磁导航的位场延拓空间域算法研究
作者	陈龙伟
定价	50.00元
出版社	国防工业出版社
ISBN	9787118102710
出版日期	2015-10-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

陈龙伟、曹聚亮、吴美平、吕云霄编*的《面向 地磁导航的位场延拓空间域算法研究》以水下惯性／ 地磁匹配组合导航为研究背景，对平面位场延拓问题 （包括平面位场向上延拓和平面位场向下延拓）和曲面 位场延拓问题（包括平化曲和曲化平）进行了深入分析 ，提出了一套系统的空间域解决拉普拉斯方程边值问 题的新方法，研发了快速、稳定的实用位场延拓算法 ，较好地解决了平面位场向下延拓和曲化平不稳定问 题和算法时间效率问题。 　　本书共包含7部分内容，包括：绪论，位场延拓 问题的基础理论，平面位场延拓频率域算法及改进， 平面位场向上延拓空间域BCE 算法，平面位场向下延 拓空间域CGLS-BCE 算法，曲化平空间域CGLS-SI- BCE 算法，总结及展望。

作者简介

目录

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文摘

序言

探寻未知：地磁导航的位场延拓新视界 一、引言：精准导航的时代诉求 在现代科技飞速发展的今天，对精准、可靠的导航技术的需求已渗透到军事、航空航天、海洋探测、无人系统以及地下资源勘探等诸多关键领域。 GPS（全球定位系统）虽然广泛应用，但在水下、地下、城市峡谷等信号遮蔽区域，其导航能力受到严重限制。因此，发展不受外部信号依赖、具备自主导航能力的系统，已成为刻不容缓的科研目标。 地磁导航，作为一种利用地球自身磁场进行定位和定向的技术，因其不受外部信号干扰、覆盖范围广、成本相对较低等优势，正逐渐成为解决上述瓶颈问题的有力候选者。地球磁场如同一个无形的全球性信标，为我们提供了丰富的空间信息。然而，地磁场的测量数据往往分布稀疏，且受到地质构造、地表形态等多种复杂因素的影响，直接利用原始地磁数据进行精准导航仍然面临诸多挑战。 其中，位场延拓作为一种重要的地球物理数据处理方法，在位场（如地磁场、重力场）数据分析中扮演着至关重要的角色。它能够通过已知的低空位场数据，推算出更高空或更低空的位场值。在面向地磁导航的位场延拓空间域算法研究领域，这一技术展现出巨大的潜力，为提升地磁导航的精度和鲁棒性提供了新的可能。本文旨在深入探讨地磁导航背景下，位场延拓在空间域算法研究中的核心议题，并梳理其发展脉络、关键技术、面临挑战及未来展望。 二、地磁导航的原理与挑战 地磁导航的核心思想是利用地球磁场在空间中的不均匀分布特征来实现定位和定向。地球磁场是一个三维矢量场，在不同地理位置具有独特的强度和方向。通过测量特定位置的磁场强度、磁倾角、磁偏角等参数，并与预先建立的数字地磁模型进行比对，即可推算出当前的位置。 然而，地磁导航面临着一系列严峻的挑战： 1. 地磁场模型的精度与更新： 全球地磁场模型（如WMM，World Magnetic Model）虽然提供了宏观的地磁场分布，但其分辨率有限，且存在一定的误差积累。对于区域性、高精度导航需求，需要更精细、更实时的地磁模型。 2. 地磁异常的影响： 地表岩石的磁性差异、地下矿产资源的分布、人工结构物（如金属管线、建筑）的磁化等，都会在地磁场中引入局部异常。这些异常可能与正常的地磁场变化混淆，干扰导航系统的判断。 3. 测量数据的稀疏性与噪声： 在实际测量过程中，地磁传感器通常只能在有限的离散点上采集数据，数据点之间存在较大的空间间隔。同时，传感器自身的噪声、环境电磁干扰等因素，都会影响测量数据的准确性。 4. 定位与定向的耦合： 地磁场信息本身同时包含了位置和方向信息。如何有效地从测量数据中解耦出精确的位置和朝向，是地磁导航的关键技术难题。 三、位场延拓：从已知到未知的数据洞察 位场延拓，顾名思义，是指将已知的位场数据从其观测平面（或空间）推算到其他不同高度或深度的过程。其理论基础源于位场理论，特别是拉普拉斯方程的解。在空间域中，位场延拓算法通常涉及利用已知的边界条件和物理定律，通过数值计算来求解目标区域的位场分布。 对于地磁导航而言，位场延拓的应用主要体现在以下几个方面： 1. 提高数据分辨率与覆盖： 通过对稀疏、低分辨率的地磁测量数据进行位场延拓，可以“生成”更高分辨率的地磁场图，填补数据空白区域，从而提高地磁模型的精细程度。 2. 消除或减弱干扰： 地磁异常往往具有局部性强的特点。通过适当的延拓处理，可以有效分离和削弱近地表浅层异常的影响，凸显深部、大尺度地磁场的空间变化规律，这对于区分地磁场本身的空间特征与地质异常至关重要。 3. 构建不同高度的地磁模型： 地磁传感器可能安装在不同的高度（例如，无人机、地面车辆、潜艇）。位场延拓技术可以帮助我们构建一个统一的地磁模型，无论传感器处于何种高度，都能获得与之匹配的参考地磁信息。 4. 反演地下磁性体信息： 尽管本文侧重于导航应用，但位场延拓在反演地下磁性体的形状、埋深、磁性参数等方面也具有强大的能力。这些反演结果，尽管不直接用于导航，却能够加深我们对地磁场形成机制的理解，并为地磁模型的改进提供依据。 四、空间域位场延拓算法的关键技术 在空间域进行位场延拓，相较于频率域方法，具有计算直观、物理意义明确等优点，尤其适合处理离散、不规则分布的数据。其核心在于如何有效地利用已知数据来近似求解位场方程。 1. 边界元法（Boundary Element Method, BEM）： 边界元法是一种强大的数值计算技术，它将求解域的边界离散化为一系列边界元，然后将控制方程转化为关于这些边界元的积分方程。在位场延拓中，BEM能够利用已知的边界（例如，观测平面）上的位场值，求解求解域内或外部任意点的位场值。其优点在于能够处理复杂的地形和模型，计算效率较高。 2. 有限差分法（Finite Difference Method, FDM）与有限元法（Finite Element Method, FEM）： 这两种方法是将求解域进行网格划分，然后用差分或插值的方式逼近微分方程。在位场延拓中，需要将延拓区域划分为网格，并给定边界条件，通过迭代计算求解。FDM和FEM在处理规则区域时较为方便，但处理复杂边界和不规则数据时需要额外的技巧。 3. 向上（下）延拓算子： 针对特定的延拓方向，可以推导出相应的延拓算子。例如，向上延拓可以将观测平面上的位场值，通过一个卷积核或差分算子，推算出更高高度的位场值。这些算子通常基于位场理论的解析解，可以实现精确或近似的延拓。 4. 数据同化与约束优化： 考虑到实际测量数据的稀疏性、噪声以及模型不确定性，直接应用延拓算法可能导致结果不准确。因此，将位场延拓与数据同化技术（如卡尔曼滤波）或约束优化方法相结合，显得尤为重要。通过引入先验知识（如地磁模型的统计特性、地质体的平滑性等），能够有效地稳定延拓过程，提高结果的可靠性。 5. 不确定性量化： 在位场延拓过程中，如何评估和量化结果的不确定性，是保证导航系统可靠性的重要环节。研究者需要开发能够提供误差范围或置信度的延拓算法，以便导航系统能够根据不确定性信息进行风险评估和决策。 五、面向地磁导航的位场延拓算法研究现状与挑战 当前，面向地磁导航的位场延拓算法研究正处于一个快速发展的阶段。研究人员在以下几个方面取得了显著进展： 高精度地磁模型的构建： 利用位场延拓技术，结合地面、航空、卫星等多源地磁数据，可以构建更高分辨率、更精细的地磁模型，为区域性高精度导航奠定基础。 异常信息抑制： 通过位场延拓，特别是不同高度的延拓，可以有效分离地磁场背景场和局部异常，从而提高地磁导航的鲁棒性。 实时性与并行计算： 针对导航系统的实时性要求，研究人员正致力于开发高效的延拓算法，并结合GPU等并行计算技术，以缩短计算时间。 多模态融合： 将地磁导航与其他导航方式（如惯性导航、视觉导航）进行融合，位场延拓可以为融合算法提供更准确、更一致的地磁参考信息。 然而，仍有诸多挑战亟待解决： 复杂地形与地质条件下的延拓精度： 在山区、丘陵、地下洞穴等复杂地形和地质条件下，如何保证位场延拓算法的精度和鲁棒性，仍然是一个难题。 人工磁异常的识别与去除： 城市环境中存在大量的人工磁异常，如何有效地识别和去除这些异常，避免其对导航产生误导，是亟待解决的问题。 地磁场时变性的处理： 地磁场会随着时间发生缓慢变化（如地磁日变化、十年变化）。对于需要长期高精度定位的应用，如何实时更新地磁模型并适应其时变性，是一个重要的研究方向。 算法的泛化能力： 开发具有良好泛化能力的延拓算法，使其能够适应不同区域、不同尺度、不同质量的地磁数据，是实现广泛应用的关键。 算法的理论解释与优化： 深入理解不同位场延拓算法的物理机理，并在此基础上进行理论优化和算法改进，以提升延拓的精度和效率。 六、未来展望 面向地磁导航的位场延拓空间域算法研究，正朝着更加智能化、精细化、集成化的方向发展。未来的研究重点可能包括： 人工智能与机器学习在位场延拓中的应用： 利用深度学习等技术，训练模型自动学习地磁场的复杂空间规律，实现更精准、更鲁棒的位场延拓，以及异常的自动识别与去除。 多物理场融合的位场延拓： 结合重力场、电场等其他地球物理信息，进行多物理场耦合的位场延拓，以获取更全面的地下信息，并为地磁导航提供更丰富的约束。 自适应与智能延拓算法： 开发能够根据输入数据的特性、环境信息以及导航任务的需求，自动选择和优化延拓策略的自适应算法。 高性能计算与云计算平台： 利用高性能计算和云计算技术，处理海量地磁数据，实现大规模、高精度的地磁场模型构建和实时位场延拓。 标准化的算法与模型： 建立统一的位场延拓算法评估标准和地磁模型标准，促进技术的交流与推广，加速地磁导航技术的产业化应用。 七、结语 地磁导航作为一种自主、可靠的导航技术，在未来的科技发展中扮演着越来越重要的角色。而位场延拓作为其核心的信号处理与模型构建手段，其空间域算法的研究，更是为我们打开了理解和利用地磁场的新视界。通过不断探索和创新，我们有理由相信，基于先进位场延拓算法的地磁导航系统，必将在未来为人类探索未知、保障安全、提升效率提供强大的技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

我对地球物理学中关于“场”的理论非常着迷，特别是地磁场。我曾阅读过一些关于地磁场起源、变化和应用的基础读物，但对于如何利用地磁场进行精确导航，始终觉得缺乏系统性的指导。这本书的书名，特别是“位场延拓”和“空间域算法”，一下子抓住了我的眼球。位场理论在物理学中应用广泛，而将其应用于地磁场的分析，特别是延拓，我认为是理解地下磁性体分布的关键。我猜想，书中的“延拓”可能指的是将不同深度或高度的地磁场观测值，通过数学模型“移动”到一个统一的参考平面，以便于比较和分析。这对于消除地形、海拔等因素对磁场观测的影响，从而更清晰地识别出由地下地质体引起的真实磁异常，非常有帮助。而“空间域算法”则让我联想到，这本书可能摒弃了频域分析的复杂性，而是直接在观测数据的空间位置上进行计算和处理。我非常好奇作者会采用哪些具体的空间域算法，以及这些算法在处理实际地磁数据时，例如面对复杂的地下构造和噪声干扰时，会有怎样的表现。此外，“面向地磁导航”这一应用方向，让我对书中如何将这些理论知识转化为实际导航解决方案充满了期待，我希望书中能提供一些具体的算法流程或案例，展示位场延拓如何为地磁导航系统提供更精准、更可靠的导航信息。

评分☆☆☆☆☆

我最近接触到一些关于惯性导航系统（INS）和大地测量学（Geodesy）的前沿研究，其中地磁场信息的融合是提升导航精度的一个重要方向。在一次学术研讨会上，我听到了一位同行提到了位场延拓在空间域处理地磁数据方面的潜在应用，这让我对相关的研究产生了浓厚的兴趣。这本书的书名恰好点出了这个关键点，这让我充满了好奇。位场延拓，在我看来，是将不同高度或距离的地磁场观测数据，通过数学方法“推算”到同一参考平面上的技术，这对于消除高度带来的影响，进而揭示地下地质构造的真实情况至关重要。而“空间域算法”则暗示了作者采用了直接在数据本身所在的物理空间进行计算的方法，而非经过傅里叶变换等转化为频率域再处理。这通常意味着算法在理解局部特征和处理非平稳性数据方面可能更具优势。我非常期待书中能够详细阐述这些空间域算法的具体实现细节，比如它们在处理噪声、填补缺失数据以及提高计算效率方面的表现。此外，作者在“面向地磁导航”这个应用方向上的研究，更是我关注的焦点，我迫切想知道位场延拓技术如何具体地服务于地磁导航的精度提升，例如如何利用这些延拓后的场信息来辅助惯性导航的漂移校正，或者作为独立导航信息源。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对地球物理领域有着浓厚兴趣的爱好者，我一直以来都在寻找能够深入理解地磁导航相关理论的书籍。偶然间，我翻阅到了这本书，虽然我还没有来得及深入研读，但从书名和作者的背景来看，我预感它可能是一本非常有价值的著作。尤其“位场延拓”和“空间域算法”这两个关键词，让我联想到许多在地球物理勘探中用于反演和解释的复杂技术。我记得在学习重磁勘探基础时，位场延拓技术是理解地下地质体磁性异常分布的关键，而空间域算法则提供了更为直观和灵活的处理手段，区别于传统的频域方法。这本书的出现，恰好填补了我对这部分知识的空白，我期待它能提供更系统、更深入的阐述，特别是如何将这些理论与实际的地磁导航应用相结合。我很好奇作者是如何将位场延拓的数学原理与导航系统的实际需求进行衔接的，这其中可能涉及到大量的模型建立、数据处理以及误差分析。我想，如果这本书能够清晰地解释这些过程，并提供一些实际的案例分析，那么对于我这样的初学者来说，将是极大的帮助。我还猜想，作者在书中可能会讨论不同延拓方法的优缺点，以及在不同地磁环境下如何选择最合适的算法，这对于实际应用中的鲁棒性和准确性至关重要。

评分☆☆☆☆☆

在一次偶然的机会中，我留意到一本名为《面向地磁导航的位场延拓空间域算法研究》的书。作为一名长期从事地理信息系统（GIS）和空间数据分析的从业者，我对利用各类地球物理场数据来提升空间定位的精度有着浓厚的兴趣。地磁场因其广泛分布和相对易于获取的特点，一直是备受关注的导航辅助信息源。然而，如何有效地处理和利用这些观测数据，以克服其固有的噪声和空间变化特性，一直是一个挑战。本书的书名中，“位场延拓”这个概念立刻引起了我的注意。我理解位场理论在处理地下构造勘探中非常关键，通过将观测到的场值延拓到不同深度，可以有效地识别和分离不同尺度的异常源。而“空间域算法”则预示着作者可能采用了更加直观且可能更适合处理复杂空间结构的数值方法，而不是传统的频域处理。我期待书中能够详细阐述这些空间域算法的设计思路和具体实现，以及它们在处理地磁数据时，在计算效率、精度和鲁棒性方面相较于其他方法的优势。特别地，我非常关注作者如何将这些算法与“地磁导航”这一应用紧密结合。我设想，通过位场延拓，可以更清晰地反演出地下磁性体的分布特征，这些信息能否被转化为更加精细的地磁模型，进而用于辅助惯性导航系统的对准或误差补偿，这将是极具价值的研究方向。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚开始涉足地球科学研究的学生，对重磁数据处理领域充满了好奇。在查找资料时，我偶然发现了这本书，它的题目《面向地磁导航的位场延拓空间域算法研究》让我觉得非常吸引人，因为它融合了我正在学习的两个重要方向：位场理论和导航技术。我对位场延拓的概念非常感兴趣，它似乎是理解地下磁性体如何影响地表磁场分布的一种强大工具。我知道位场理论可以帮助我们从观测到的磁场数据中，推断出地下不均匀磁化体的存在和分布。而“延拓”这个词，让我联想到将不同高度或深度的磁场数据进行统一处理，以消除高度的影响，从而更清晰地展现地下构造。书中提到的“空间域算法”则引起了我的好奇。我听说过一些处理位场数据的频域方法，比如傅里叶变换，但空间域算法可能提供一种不同的视角，或许能够更好地处理局部特征和非均匀性。我期待书中能够详细解释这些空间域算法的原理和实现步骤，例如它们是如何在数据所在的物理空间直接进行计算的。更重要的是，我非常想了解这些算法如何被应用于“地磁导航”这个实际问题。我猜测，通过精确的位场延拓和空间域处理，能够建立更精确的地磁场模型，从而提升导航系统的定位精度，尤其是在GPS信号受限的环境下。