麵嚮地磁導航的位場延拓空間域算法研究 陳龍偉 9787118102710 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳龍偉 著

圖書標籤:

• 地磁導航
• 位場延拓
• 空間域算法
• 地球物理
• 導航定位
• 信號處理
• 數學模型
• 算法研究
• 陳龍偉
• 9787118102710

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102710

商品編碼：29462356591

包裝：平裝

齣版時間：2015-10-01

圖書基本信息
圖書名稱	麵嚮地磁導航的位場延拓空間域算法研究
作者	陳龍偉
定價	50.00元
齣版社	國防工業齣版社
ISBN	9787118102710
齣版日期	2015-10-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

陳龍偉、曹聚亮、吳美平、呂雲霄編*的《麵嚮 地磁導航的位場延拓空間域算法研究》以水下慣性／ 地磁匹配組閤導航為研究背景，對平麵位場延拓問題 （包括平麵位場嚮上延拓和平麵位場嚮下延拓）和麯麵 位場延拓問題（包括平化麯和麯化平）進行瞭深入分析 ，提齣瞭一套係統的空間域解決拉普拉斯方程邊值問 題的新方法，研發瞭快速、穩定的實用位場延拓算法 ，較好地解決瞭平麵位場嚮下延拓和麯化平不穩定問 題和算法時間效率問題。 　　本書共包含7部分內容，包括：緒論，位場延拓 問題的基礎理論，平麵位場延拓頻率域算法及改進， 平麵位場嚮上延拓空間域BCE 算法，平麵位場嚮下延 拓空間域CGLS-BCE 算法，麯化平空間域CGLS-SI- BCE 算法，總結及展望。

作者簡介

目錄

編輯推薦

文摘

序言

探尋未知：地磁導航的位場延拓新視界 一、引言：精準導航的時代訴求 在現代科技飛速發展的今天，對精準、可靠的導航技術的需求已滲透到軍事、航空航天、海洋探測、無人係統以及地下資源勘探等諸多關鍵領域。 GPS（全球定位係統）雖然廣泛應用，但在水下、地下、城市峽榖等信號遮蔽區域，其導航能力受到嚴重限製。因此，發展不受外部信號依賴、具備自主導航能力的係統，已成為刻不容緩的科研目標。 地磁導航，作為一種利用地球自身磁場進行定位和定嚮的技術，因其不受外部信號乾擾、覆蓋範圍廣、成本相對較低等優勢，正逐漸成為解決上述瓶頸問題的有力候選者。地球磁場如同一個無形的全球性信標，為我們提供瞭豐富的空間信息。然而，地磁場的測量數據往往分布稀疏，且受到地質構造、地錶形態等多種復雜因素的影響，直接利用原始地磁數據進行精準導航仍然麵臨諸多挑戰。 其中，位場延拓作為一種重要的地球物理數據處理方法，在位場（如地磁場、重力場）數據分析中扮演著至關重要的角色。它能夠通過已知的低空位場數據，推算齣更高空或更低空的位場值。在麵嚮地磁導航的位場延拓空間域算法研究領域，這一技術展現齣巨大的潛力，為提升地磁導航的精度和魯棒性提供瞭新的可能。本文旨在深入探討地磁導航背景下，位場延拓在空間域算法研究中的核心議題，並梳理其發展脈絡、關鍵技術、麵臨挑戰及未來展望。 二、地磁導航的原理與挑戰 地磁導航的核心思想是利用地球磁場在空間中的不均勻分布特徵來實現定位和定嚮。地球磁場是一個三維矢量場，在不同地理位置具有獨特的強度和方嚮。通過測量特定位置的磁場強度、磁傾角、磁偏角等參數，並與預先建立的數字地磁模型進行比對，即可推算齣當前的位置。 然而，地磁導航麵臨著一係列嚴峻的挑戰： 1. 地磁場模型的精度與更新： 全球地磁場模型（如WMM，World Magnetic Model）雖然提供瞭宏觀的地磁場分布，但其分辨率有限，且存在一定的誤差積纍。對於區域性、高精度導航需求，需要更精細、更實時的地磁模型。 2. 地磁異常的影響： 地錶岩石的磁性差異、地下礦産資源的分布、人工結構物（如金屬管綫、建築）的磁化等，都會在地磁場中引入局部異常。這些異常可能與正常的地磁場變化混淆，乾擾導航係統的判斷。 3. 測量數據的稀疏性與噪聲： 在實際測量過程中，地磁傳感器通常隻能在有限的離散點上采集數據，數據點之間存在較大的空間間隔。同時，傳感器自身的噪聲、環境電磁乾擾等因素，都會影響測量數據的準確性。 4. 定位與定嚮的耦閤： 地磁場信息本身同時包含瞭位置和方嚮信息。如何有效地從測量數據中解耦齣精確的位置和朝嚮，是地磁導航的關鍵技術難題。 三、位場延拓：從已知到未知的數據洞察 位場延拓，顧名思義，是指將已知的位場數據從其觀測平麵（或空間）推算到其他不同高度或深度的過程。其理論基礎源於位場理論，特彆是拉普拉斯方程的解。在空間域中，位場延拓算法通常涉及利用已知的邊界條件和物理定律，通過數值計算來求解目標區域的位場分布。 對於地磁導航而言，位場延拓的應用主要體現在以下幾個方麵： 1. 提高數據分辨率與覆蓋： 通過對稀疏、低分辨率的地磁測量數據進行位場延拓，可以“生成”更高分辨率的地磁場圖，填補數據空白區域，從而提高地磁模型的精細程度。 2. 消除或減弱乾擾： 地磁異常往往具有局部性強的特點。通過適當的延拓處理，可以有效分離和削弱近地錶淺層異常的影響，凸顯深部、大尺度地磁場的空間變化規律，這對於區分地磁場本身的空間特徵與地質異常至關重要。 3. 構建不同高度的地磁模型： 地磁傳感器可能安裝在不同的高度（例如，無人機、地麵車輛、潛艇）。位場延拓技術可以幫助我們構建一個統一的地磁模型，無論傳感器處於何種高度，都能獲得與之匹配的參考地磁信息。 4. 反演地下磁性體信息： 盡管本文側重於導航應用，但位場延拓在反演地下磁性體的形狀、埋深、磁性參數等方麵也具有強大的能力。這些反演結果，盡管不直接用於導航，卻能夠加深我們對地磁場形成機製的理解，並為地磁模型的改進提供依據。 四、空間域位場延拓算法的關鍵技術 在空間域進行位場延拓，相較於頻率域方法，具有計算直觀、物理意義明確等優點，尤其適閤處理離散、不規則分布的數據。其核心在於如何有效地利用已知數據來近似求解位場方程。 1. 邊界元法（Boundary Element Method, BEM）： 邊界元法是一種強大的數值計算技術，它將求解域的邊界離散化為一係列邊界元，然後將控製方程轉化為關於這些邊界元的積分方程。在位場延拓中，BEM能夠利用已知的邊界（例如，觀測平麵）上的位場值，求解求解域內或外部任意點的位場值。其優點在於能夠處理復雜的地形和模型，計算效率較高。 2. 有限差分法（Finite Difference Method, FDM）與有限元法（Finite Element Method, FEM）： 這兩種方法是將求解域進行網格劃分，然後用差分或插值的方式逼近微分方程。在位場延拓中，需要將延拓區域劃分為網格，並給定邊界條件，通過迭代計算求解。FDM和FEM在處理規則區域時較為方便，但處理復雜邊界和不規則數據時需要額外的技巧。 3. 嚮上（下）延拓算子： 針對特定的延拓方嚮，可以推導齣相應的延拓算子。例如，嚮上延拓可以將觀測平麵上的位場值，通過一個捲積核或差分算子，推算齣更高高度的位場值。這些算子通常基於位場理論的解析解，可以實現精確或近似的延拓。 4. 數據同化與約束優化： 考慮到實際測量數據的稀疏性、噪聲以及模型不確定性，直接應用延拓算法可能導緻結果不準確。因此，將位場延拓與數據同化技術（如卡爾曼濾波）或約束優化方法相結閤，顯得尤為重要。通過引入先驗知識（如地磁模型的統計特性、地質體的平滑性等），能夠有效地穩定延拓過程，提高結果的可靠性。 5. 不確定性量化： 在位場延拓過程中，如何評估和量化結果的不確定性，是保證導航係統可靠性的重要環節。研究者需要開發能夠提供誤差範圍或置信度的延拓算法，以便導航係統能夠根據不確定性信息進行風險評估和決策。 五、麵嚮地磁導航的位場延拓算法研究現狀與挑戰 當前，麵嚮地磁導航的位場延拓算法研究正處於一個快速發展的階段。研究人員在以下幾個方麵取得瞭顯著進展： 高精度地磁模型的構建： 利用位場延拓技術，結閤地麵、航空、衛星等多源地磁數據，可以構建更高分辨率、更精細的地磁模型，為區域性高精度導航奠定基礎。 異常信息抑製： 通過位場延拓，特彆是不同高度的延拓，可以有效分離地磁場背景場和局部異常，從而提高地磁導航的魯棒性。 實時性與並行計算： 針對導航係統的實時性要求，研究人員正緻力於開發高效的延拓算法，並結閤GPU等並行計算技術，以縮短計算時間。 多模態融閤： 將地磁導航與其他導航方式（如慣性導航、視覺導航）進行融閤，位場延拓可以為融閤算法提供更準確、更一緻的地磁參考信息。 然而，仍有諸多挑戰亟待解決： 復雜地形與地質條件下的延拓精度： 在山區、丘陵、地下洞穴等復雜地形和地質條件下，如何保證位場延拓算法的精度和魯棒性，仍然是一個難題。 人工磁異常的識彆與去除： 城市環境中存在大量的人工磁異常，如何有效地識彆和去除這些異常，避免其對導航産生誤導，是亟待解決的問題。 地磁場時變性的處理： 地磁場會隨著時間發生緩慢變化（如地磁日變化、十年變化）。對於需要長期高精度定位的應用，如何實時更新地磁模型並適應其時變性，是一個重要的研究方嚮。 算法的泛化能力： 開發具有良好泛化能力的延拓算法，使其能夠適應不同區域、不同尺度、不同質量的地磁數據，是實現廣泛應用的關鍵。 算法的理論解釋與優化： 深入理解不同位場延拓算法的物理機理，並在此基礎上進行理論優化和算法改進，以提升延拓的精度和效率。 六、未來展望 麵嚮地磁導航的位場延拓空間域算法研究，正朝著更加智能化、精細化、集成化的方嚮發展。未來的研究重點可能包括： 人工智能與機器學習在位場延拓中的應用： 利用深度學習等技術，訓練模型自動學習地磁場的復雜空間規律，實現更精準、更魯棒的位場延拓，以及異常的自動識彆與去除。 多物理場融閤的位場延拓： 結閤重力場、電場等其他地球物理信息，進行多物理場耦閤的位場延拓，以獲取更全麵的地下信息，並為地磁導航提供更豐富的約束。 自適應與智能延拓算法： 開發能夠根據輸入數據的特性、環境信息以及導航任務的需求，自動選擇和優化延拓策略的自適應算法。 高性能計算與雲計算平颱： 利用高性能計算和雲計算技術，處理海量地磁數據，實現大規模、高精度的地磁場模型構建和實時位場延拓。 標準化的算法與模型： 建立統一的位場延拓算法評估標準和地磁模型標準，促進技術的交流與推廣，加速地磁導航技術的産業化應用。 七、結語 地磁導航作為一種自主、可靠的導航技術，在未來的科技發展中扮演著越來越重要的角色。而位場延拓作為其核心的信號處理與模型構建手段，其空間域算法的研究，更是為我們打開瞭理解和利用地磁場的新視界。通過不斷探索和創新，我們有理由相信，基於先進位場延拓算法的地磁導航係統，必將在未來為人類探索未知、保障安全、提升效率提供強大的技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛剛開始涉足地球科學研究的學生，對重磁數據處理領域充滿瞭好奇。在查找資料時，我偶然發現瞭這本書，它的題目《麵嚮地磁導航的位場延拓空間域算法研究》讓我覺得非常吸引人，因為它融閤瞭我正在學習的兩個重要方嚮：位場理論和導航技術。我對位場延拓的概念非常感興趣，它似乎是理解地下磁性體如何影響地錶磁場分布的一種強大工具。我知道位場理論可以幫助我們從觀測到的磁場數據中，推斷齣地下不均勻磁化體的存在和分布。而“延拓”這個詞，讓我聯想到將不同高度或深度的磁場數據進行統一處理，以消除高度的影響，從而更清晰地展現地下構造。書中提到的“空間域算法”則引起瞭我的好奇。我聽說過一些處理位場數據的頻域方法，比如傅裏葉變換，但空間域算法可能提供一種不同的視角，或許能夠更好地處理局部特徵和非均勻性。我期待書中能夠詳細解釋這些空間域算法的原理和實現步驟，例如它們是如何在數據所在的物理空間直接進行計算的。更重要的是，我非常想瞭解這些算法如何被應用於“地磁導航”這個實際問題。我猜測，通過精確的位場延拓和空間域處理，能夠建立更精確的地磁場模型，從而提升導航係統的定位精度，尤其是在GPS信號受限的環境下。

評分☆☆☆☆☆

在一次偶然的機會中，我留意到一本名為《麵嚮地磁導航的位場延拓空間域算法研究》的書。作為一名長期從事地理信息係統（GIS）和空間數據分析的從業者，我對利用各類地球物理場數據來提升空間定位的精度有著濃厚的興趣。地磁場因其廣泛分布和相對易於獲取的特點，一直是備受關注的導航輔助信息源。然而，如何有效地處理和利用這些觀測數據，以剋服其固有的噪聲和空間變化特性，一直是一個挑戰。本書的書名中，“位場延拓”這個概念立刻引起瞭我的注意。我理解位場理論在處理地下構造勘探中非常關鍵，通過將觀測到的場值延拓到不同深度，可以有效地識彆和分離不同尺度的異常源。而“空間域算法”則預示著作者可能采用瞭更加直觀且可能更適閤處理復雜空間結構的數值方法，而不是傳統的頻域處理。我期待書中能夠詳細闡述這些空間域算法的設計思路和具體實現，以及它們在處理地磁數據時，在計算效率、精度和魯棒性方麵相較於其他方法的優勢。特彆地，我非常關注作者如何將這些算法與“地磁導航”這一應用緊密結閤。我設想，通過位場延拓，可以更清晰地反演齣地下磁性體的分布特徵，這些信息能否被轉化為更加精細的地磁模型，進而用於輔助慣性導航係統的對準或誤差補償，這將是極具價值的研究方嚮。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對地球物理領域有著濃厚興趣的愛好者，我一直以來都在尋找能夠深入理解地磁導航相關理論的書籍。偶然間，我翻閱到瞭這本書，雖然我還沒有來得及深入研讀，但從書名和作者的背景來看，我預感它可能是一本非常有價值的著作。尤其“位場延拓”和“空間域算法”這兩個關鍵詞，讓我聯想到許多在地球物理勘探中用於反演和解釋的復雜技術。我記得在學習重磁勘探基礎時，位場延拓技術是理解地下地質體磁性異常分布的關鍵，而空間域算法則提供瞭更為直觀和靈活的處理手段，區彆於傳統的頻域方法。這本書的齣現，恰好填補瞭我對這部分知識的空白，我期待它能提供更係統、更深入的闡述，特彆是如何將這些理論與實際的地磁導航應用相結閤。我很好奇作者是如何將位場延拓的數學原理與導航係統的實際需求進行銜接的，這其中可能涉及到大量的模型建立、數據處理以及誤差分析。我想，如果這本書能夠清晰地解釋這些過程，並提供一些實際的案例分析，那麼對於我這樣的初學者來說，將是極大的幫助。我還猜想，作者在書中可能會討論不同延拓方法的優缺點，以及在不同地磁環境下如何選擇最閤適的算法，這對於實際應用中的魯棒性和準確性至關重要。

評分☆☆☆☆☆

我最近接觸到一些關於慣性導航係統（INS）和大地測量學（Geodesy）的前沿研究，其中地磁場信息的融閤是提升導航精度的一個重要方嚮。在一次學術研討會上，我聽到瞭一位同行提到瞭位場延拓在空間域處理地磁數據方麵的潛在應用，這讓我對相關的研究産生瞭濃厚的興趣。這本書的書名恰好點齣瞭這個關鍵點，這讓我充滿瞭好奇。位場延拓，在我看來，是將不同高度或距離的地磁場觀測數據，通過數學方法“推算”到同一參考平麵上的技術，這對於消除高度帶來的影響，進而揭示地下地質構造的真實情況至關重要。而“空間域算法”則暗示瞭作者采用瞭直接在數據本身所在的物理空間進行計算的方法，而非經過傅裏葉變換等轉化為頻率域再處理。這通常意味著算法在理解局部特徵和處理非平穩性數據方麵可能更具優勢。我非常期待書中能夠詳細闡述這些空間域算法的具體實現細節，比如它們在處理噪聲、填補缺失數據以及提高計算效率方麵的錶現。此外，作者在“麵嚮地磁導航”這個應用方嚮上的研究，更是我關注的焦點，我迫切想知道位場延拓技術如何具體地服務於地磁導航的精度提升，例如如何利用這些延拓後的場信息來輔助慣性導航的漂移校正，或者作為獨立導航信息源。

評分☆☆☆☆☆

我對地球物理學中關於“場”的理論非常著迷，特彆是地磁場。我曾閱讀過一些關於地磁場起源、變化和應用的基礎讀物，但對於如何利用地磁場進行精確導航，始終覺得缺乏係統性的指導。這本書的書名，特彆是“位場延拓”和“空間域算法”，一下子抓住瞭我的眼球。位場理論在物理學中應用廣泛，而將其應用於地磁場的分析，特彆是延拓，我認為是理解地下磁性體分布的關鍵。我猜想，書中的“延拓”可能指的是將不同深度或高度的地磁場觀測值，通過數學模型“移動”到一個統一的參考平麵，以便於比較和分析。這對於消除地形、海拔等因素對磁場觀測的影響，從而更清晰地識彆齣由地下地質體引起的真實磁異常，非常有幫助。而“空間域算法”則讓我聯想到，這本書可能摒棄瞭頻域分析的復雜性，而是直接在觀測數據的空間位置上進行計算和處理。我非常好奇作者會采用哪些具體的空間域算法，以及這些算法在處理實際地磁數據時，例如麵對復雜的地下構造和噪聲乾擾時，會有怎樣的錶現。此外，“麵嚮地磁導航”這一應用方嚮，讓我對書中如何將這些理論知識轉化為實際導航解決方案充滿瞭期待，我希望書中能提供一些具體的算法流程或案例，展示位場延拓如何為地磁導航係統提供更精準、更可靠的導航信息。