地磁导航利用地磁场特征进行导航定位,具有无源、全天时、全天候等优点,在军用武器装备与民用导航领域有着广泛的应用前景。目前地磁导航方法大多采用单一的地磁总量特征,当地磁环境复杂或总量特征不明显时,导航精度会受到较大影响。相比于地磁总量,地磁矢量可以提供更多的匹配信息量,扩展地磁导航适用区域,有效提高地磁导航的精度与鲁棒性。为此,本文开展地磁矢量匹配导航技术研究,旨在解决传统地磁总量导航存在的不足,更好的利用地磁矢量优势进行导航定位。主要研究工作和创新点如下:(1)介绍了地磁匹配导航基本原理及其关键技术,对目前常见的两种地磁匹配算法,基于MAGCOM的地磁匹配算法与基于ICCP的地磁匹配算法,进行了理论推导与仿真研究,并详细分析了这两种匹配算法的不足,为后续地磁矢量匹配研究打下基础。(2)针对传统总量匹配算法存在的不足,分别提出了基于MAGCOM的地磁矢量匹配算法与基于ICCP的地磁矢量匹配算法。前者在传统算法基础上增加了自适应角度旋转搜索,并且采用地磁矢量的三分量信息结合MSD准则作为相关准则,有效解决了航向误差校正以及单一特征量易出现误匹配的问题;基于ICCP的地磁矢量匹配算法,采用地磁矢量的三分量差异作为寻点标准在等值线上寻找最近点,有效解决了传统算法初始误差大时易发散,以及航迹平行或垂直于等值线时的误匹配问题。仿真结果表明,所提出的矢量匹配算法有效解决了传统总量算法存在的问题,并可以实现一个测量网格以内的匹配精度。(3)针对实际应用中地磁矢量测量误差较大的问题,进一步提出了基于总量约束的地磁矢量匹配算法。该算法采用磁场总量来约束可信点范围,通过三分量差异确定可信点集合,依据参考航向以及各个可信点范围确定可信路径,最终通过磁场相关性选出最优匹配路径。仿真结果表明,基于总量约束的地磁矢量匹配算法能够有效抑制地磁矢量测量误差对匹配结果的影响,从而提升地磁导航的鲁棒性。(4)开展了地磁矢量匹配导航实验研究。首先,采用三轴磁传感器、NI myRIO嵌入式平台以及MTi惯性测量单元构建了地磁导航实验平台。然后,通过在实验区域布置磁性体的方式来生成磁场异常特征,并测得该区域的矢量地磁图。之后,在区域内选择不同路径行进,测得其地磁矢量数据作为匹配信息。最后,分别采用总量匹配、矢量匹配以及总量约束的矢量匹配算法进行地磁匹配。实验结果表明,在地磁总量特征变化显著区域,三者均可实现较高精度的地磁匹配。当地磁总量特征变化不显著时,基于总量约束的地磁矢量匹配算法定位效果最佳,可以达到一个网格左右的匹配精度,验证了地磁矢量匹配导航的可行性。