Hardware-in-the-loop Simulation Testbed for Geomagnetic Navigation

Songnan Yang

doi:10.1109/tgrs.2026.3734257

Hardware-in-the-loop Simulation Testbed for Geomagnetic Navigation

2026-09-16

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DOI：10.1109/tgrs.2026.3734257

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地磁导航利用无处不在的地球磁场信号这一关键地物理场，为无需依赖GPS或预存地图的任务制导提供了有前景的解决方案，特别是在未探索区域的长距离导航中。然而，当前这些导航系统的验证主要仍停留在仿真阶段，缺乏能够再现复杂地磁环境的低成本、高保真物理测试平台。本文介绍了一种硬件在环仿真（Hils）测试平台，旨在填补这一空白。核心挑战是在标准、无屏蔽实验室中以低成本生成高保真、动态磁场。为此，我们提出了一种新颖的凸组合线圈控制方法，该方法整合了线性与非线性和自适应滤波器，以实时补偿外部环境干扰。结合优化的线圈结构，该方法使平台能够快速、平滑地再现复杂地物理现象，如区域性非线性磁异常和地磁暴干扰，从而避免昂贵的大海导航实验。我们对平台生成磁场的精度、均匀性和稳定性进行了详细分析。关键在于，为证明其实际验证导航的效用，我们展示了平台在真实Hils配置中的应用，成功承载并评估了经典地磁导航算法（包括ICCP和MAGCOM）的性能。这证实了测试平台在推动地磁导航系统实际部署方面的有效性。

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Geomagnetic navigation

Hardware-in-the-loop testbed

geomagnetic anomaly generation

Helmholtz coils

Biot-Savart law

Hardware-in-the-loop Simulation Testbed for Geomagnetic Navigation

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