Perspective Magnetic Navigation With Using the Spline Functions Method for Optimal Formation of the Map-Aided Standard

Abstract

An analytical review of the current problems of practical use of the planetary magnetic field as a geophysical basis for navigation is provided in the paper. A hypothesis about the possibility of orientation by an individual signature of a certain geographical area has been put forward and it is based on the fact that the Earth has a measurable magnetic field in any place and at any time, which makes the contours of abnormal magnetic intensity a reliable source of navigation. The results of domestic and foreign studies on the identification of the experimental mean square error of magnetic positioning for determining coordinates with an index of 10 m are analyzed, which in the perspective creates a precedent for supplementing magnetic navigation with the reliable backup global positioning systems. It is noted that navigation by the variable mutability of the magnetic field demonstrates a high-precision positioning potential in GPS-denied environment. As a result, the point of view of the necessity to search for an alternative method is emphasized. The actuality of creating a duplicate system is motivated by the fact that the reliability of global positioning is the subject of attention when studying the issue of cybernetic awareness for the both marine and aviation applications. The innovative approach is considered in a broad aspect, taking into account the possibility of constructing an effective configuration of an artificial neural network to remove the local magnetic field of a ship or aircraft from the measuring data of a magnetometer when using a machine learning algorithm to ensure the reliability of autonomous navigation both in near-Earth space and indoors. A three-dimensional visual representation of a digital model of a simulated magnetic field based on basic finite splines is implemented in two comparative versions: an approximated perspective of magnetic anomalies and its stylized frame model with a mathematical justification of the feasibility of using different methods as optimal standards for mapping the informativeness of magnetic positioning. The planning horizon for the incorporation of spline technology into navigation information processing has been theoretically expanded to a strategy for using a gradient approach in synthesizing the heterogeneous structure of the geophysical field in order to effectively position mobile objects based on realistic consideration of the architecture of multifactor orientation of the gradient vectors spectrum.

Opportunistic navigation applied to integration of alternative positioning and electronic mapping based on spline technology

“…В качестве показательного примера на рис. 1 представлена синтезированная трехмерная карта аномалий магнитной карты летных испытаний на высоте 300 м над территорией штата Вирджиния, представляющая практическую целесообразность как эталон картографирования на основе апробированного алгоритма двумерной В-сплайновой аппроксимации [22].…”

Spline Model of Gridded Data Operation as a Principle of Electronic Mapping Seabed Topography

“…В отличие от классической B-сплайновой модели, рассчитанной на заранее определенное количество контрольных точек, существует автоматическая схема вставки дополнительных узловых точек для повышения адаптивности сплайнового алгоритма при синтезировании трехмерных форм с высокой степенью геометрической сложности [42]. С целью обеспечения наглядности восприятия визуализированных навигационных изоповерхностей в разработанном гибридном алгоритме применяется оптимальная стратегия подгонки любой формы алгебраической кривой с помощью функций B-сплайна на основе метода деления пополам каждого композитного сеточного интервала для быстрого получения дополнительного узла [43], [44]. При любой организации сеточных узлов использование В-сплайна позволяет получить удовлетворительную аппроксимацию реконструированной поверхности с кривизной высокого порядка [45].…”

Application of Spline Interpolating Functions in the Paradigm of the Universal Standard Exchange of Digital Hydrographic Data

“…Результирующая локальная погрешность определения координат современными КЭНС на основе совмещенных геофизических полей составляет 5-15 м [4]. По данным отечественных и зарубежных исследований, магнитная навигация как автономная вариативность КЭНС обеспечивает погрешность определения координат подвижных объектов, равную 10 м [5], [6]. Планируемая точность системы е-LORAN должна быть реализована в диапазоне 8-20 м [1].…”