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地磁|地磁导航：地球母亲的“金手指”

国防科技大学气象海洋学院研究员朱小谦为您讲述——
地磁导航：地球母亲的“金手指”
■翁利斌 张添翼 解放军报采访人员 王握文
地磁|地磁导航：地球母亲的“金手指”
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地球磁场南北极与地理南北极的指向及应用示意图 。
地磁导航之所以被喻为地球母亲的“金手指” ， 是因为地球上任意一点 ， 都有唯一的磁场大小和方向与之对应 ， 并且与该点的三维地理坐标相匹配 ， 使它具有“向导”功能 。
7月31日 ， 北斗三号全球卫星导航系统正式开通 ， 标志着我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家 。北斗闪耀 ， 泽沐八方 。随着人类社会进步和人们对美好生活的不断追求 ， 卫星导航应用日益广泛 ， 不可或缺 。
在人类的生产生活中 ， 除人们常用的卫星导航外 ， 还有惯性导航、地磁导航等多种导航方式 。
惯性导航 ， 通过测量飞行器加速度 ， 自动进行积分运算而获得飞行器速度和位置数据 ， 工作时不依赖外界信息 ， 也不易受到干扰 ， 是一种自主式导航系统 。目前它在飞行器、导弹和武器平台上已有广泛应用 。
地磁导航 ， 则是一种无源自主导航技术 。它把地磁场当作一个天然的“坐标系” ， 利用地磁场的测量信息来实现对飞行器、船舶、潜艇等进行导航定位 。既不用像卫星导航那样需要依赖外界设备的帮助 ， 也不像惯性导航那样存在误差累积 ， 其较强的抗干扰和生存能力 ， 使它逐渐发展成为一种热门的导航技术 ， 因此又被喻为地球母亲的“金手指” 。
天然“好向导” ， 兼当地球“保护伞”
生活中 ， 信鸽能远距离飞行传递信息 ， 大雁在秋天能大规模有序向南迁徙 ， 动物具备的这种定向运动能力 ， 其实是利用了地球磁场 。在古代 ， 我们的祖先发现了地磁场在辨别方向上的作用 ， 进而发明了指南针 ， 使人们在荒野戈壁、茫茫大海不会迷失 。这是地磁导航最早和最简单的应用 。
众所周知 ， 地磁场与重力场一样 ， 看不见摸不着 ， 无法让人们直接感知 ， 但它又无处不在、无时不在 。地磁场与地球相生相伴 。随着地球系统的演化 ， 它主要由地球内部磁性岩石和高空电流体系等产生 。经过数亿年演化 ， 目前地磁极与地理南北极正好相反 ， 但两者位形并不完全重叠 。因此 ， 在全球各地 ， 会存在不同的磁偏角 。科学家经过长期观测和研究发现 ， 磁极存在“漂移”或“翻转”现象 ， 只不过是一个缓变的过程 ， 南北磁极平均数十万年才会翻转一次 。所以 ， 生活在地球上的人们 ， 基本上不会有什么异样感觉 。
地磁场之所以能用作导航 ， 是因为地球上任意一点 ， 都有唯一的磁场大小和方向与之对应 ， 并且与该点的三维地理坐标相匹配 ， 使它具有“向导”功能 。
地磁导航的原理 ， 就是通过探测器实时获取地磁数据 ， 与预先制作的地磁图或模型 ， 匹配比对磁场大小、方向、梯度等信息 ， 来实现导航定位功能 。当然 ， 也可采用地磁异常点或人工部署磁标等方式作为参照物 ， 用来估算相对位置信息 。
地磁场不仅具有导航功能 ， 还充当地球“保护伞”的角色 。地磁场从地下延伸至地球表面以上达数万公里 ， 呈椭圆形结构包裹着地球 。茫茫宇宙中 ， 地磁场阻挡屏蔽了大量来自太阳系、银河系的辐射粒子 ， 阻止其直接入侵到地球表面 ， 才使人类赖以生存的地球生机盎然 。
优点很突出 ， 缺点也不少
地球磁场是地球固有的物理场 ， 许多动物利用其进行导航 ， 但与精确导航定位相差甚远 。人类总是在探索未知中不断前行 ， 把地磁场当作一个天然的“坐标系” 。利用地磁场来导航定位 ， 一直是科学家们的追求 。
上世纪60年代以来 ， 随着科技的发展 ， 地磁导航技术研究取得一定进展 ， 并在空中飞行器、水面船舶、水下潜航器等上面获得初步应用 。


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