观点 | 无所不在的地磁导航成老树新枝

文 | 曹冲（环球新时空信息技术研究院）

卫星导航应用于服务，差不多无时不在、无处不在，而且把多种多样的导航手段都动员起来了，其中有古老的地磁导航。中国古代的四大发明中，就有指南针，主要用来确定方向。利用地磁轴南北指向的特征，实现方向的辨别。由于GNSS导航存在固有的脆弱性，必须用其他技术手段加以增强、备份和替代，确保可靠的PNT服务实现泛在智能服务。而传统的地磁导航，也结合新兴的技术发展，实现融合创新，走向新途。

在一个GPS和其他GNSS信号很容易被拒阻，或者更糟糕的是，被欺骗的世界里，对其他形式的导航的兴趣就又重新被唤醒与反弹。想象一下，只用你的手机就能在几厘米的范围内找到自己的位置——在地下深处，或在金属结构内，甚至或在水下（假设您可以保持设备干燥）。没有卫星信号，没有Wi-Fi测距，没有惯性系统。只是到处有不断围绕着我们所有人的环境磁通量。

那么，地磁导航又能为我们做什么？这是AstraNav（星际导航）公司的副总裁Martin Neill（马丁 尼尔）在今年5月向美国国家天基、定位、导航和授时顾问委员会咨询部会议提出的愿景。数百万年来，动物们，特别是候鸟们一直在利用地球的磁场来寻找自己的迁徙道路。人们使用磁罗盘已经超过一千多年。在GPS出现之前，磁罗盘一直是飞机和船舶导航的基本工具，尤其是在看不到容易识别的地标的场合。然后GPS出现了，几乎所有人的目光都转向了太空。但在一个GPS和其他GNSS信号很容易被拒阻，或者更糟糕的是，在被欺骗的世界里，对其他形式的导航的兴趣已经重新被复活。由于GPS帮助展示了地理空间服务提供的效率，用户还希望这些服务更具弹性，并在太空信号无法到达的地方继续工作。

根据尼尔的说法，“我们的解决方案建立在廉价的磁力计、智能手机、机器学习、边缘计算和一些极其复杂的数学基础之上，将原始磁数据转换为超精准位置数据的来源。这些相对较新的技术发展使我们能够将相关事物整合在一起，对具有数百年历史的导航和定位方式进行重大更新”。尼尔将AstraNav描述为一家软件技术公司，称该公司的系统“与硬件无关”。它可以在“几乎任何有磁力计的平台上工作。不需要额外的硬件或外部连接，可以在任何现有的操作系统上运行”。

地磁导航用于智能手机的电子罗盘，测角精度达到3度，也就是百米距离引来的误差，仅为3米，那么在十米范围内的定位精度可达30分米。而地磁定位在地球上是无所不在的存在，成为超可靠的定位导航技术。当然，磁力计测量会受到周围物体，特别是金属物体的影响十分明显，这当然要靠其他技术来克服解决。

利用地磁，实现每时每刻在所有领域的精准定位。在这里是由软件驱动，实现快速可扩展性。M-GPS是一个将磁场转换为导航数据的软件平台—不需要新的硬件或卫星。而且由于它是由地球驱动的，所以它总是有效的，包括在室外、在海上、在城市、在室内、在水下、在地下空间。受迁徙动物使用的磁感应原理的启发，AstraNav的由地球赋能，M-GPS技术利用地球磁场的多个分量作为导航数据的通用来源。M-GPS高度稳定、准确且无处不在。M-GPS永远不会丢失其导航数据源，为无处不在的设备、车辆和人员提供极其可靠的导航体验。M-GPS与现有导航系统无缝集成。没有WiFi，没有蓝牙，都没问题。M-GPS技术通过设备上的地磁传感器处理提供持久的位置数据，并且没有任何连接要求（例如，蓝牙、Wi-Fi、GPS、信标或蜂窝服务）。适用于与数十亿现有设备一起工作，因为AstraNav的M-GPS软件几乎可以在任何设备上运行，包括智能手机、飞机、潜艇、自主地面和空中车辆、集装箱、工业机器人等等。

AstraNav的愿景是为已经存在的数十亿台设备，提供通用定位和导航功能，它们涵盖日常智能手机在内的高度庞大复杂的导航系统。M-GPS技术在GNSS不可能工作的环境中提供安全导航。AstraNav的端到端导航系统使用首创的磁地图来提供地球上任何地方的精确定位和位置。M-GPS是对现有GPS和任何其他导航数据来源的补充。M-GPS 不需要连接到任何类型的网络，包括蜂窝或 Wi-Fi，节省电池电量并确保高度的设备安全性。这才是真正的自主导航。

M-GPS是一种通用导航软件解决方案，可在所有领域提供 100% 的覆盖。M-GPS还可以与现有的定位数据源（例如 GNSS、5G、LiDAR、BLE、雷达、ADS-B、相机）融合，以提供额外的、独立的导航数据源，而无需更换或修改当前系统。当GPS或其他导航平台受损或丧失能力时，M-GPS仍然能工作，M-GPS技术可以无缝接管。这项技术永远可用，确保在从日常工作生活到关键任务场景的各种情况下都具有不间断的导航能力。

“在弗吉尼亚理工大学，我们能够轻松地将M-GPS与商用现成 (COTS)的自动驾驶汽车集成，以实现亚米级精度定位，甚至在室内也是如此。AstraNav的M-GPS可以实现精准、高效和有弹性的亚米级定位。仪表定位，并有可能成为一种完全“即插即用”的技术，适用于广泛的应用和所有领域的消费者”。“自 2019 年以来，我们团队已经独立审查了AstraNav的M-GPS技术及其背后的科学。我可以确认它确实使用磁场来提供稳定和准确的导航。该技术独立于GPS，填补了其他导航方法的空白，为潜在应用创造了无限机会”。

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