地磁学是一门古老的基础学科,同时也是一门具有多样性的应用学科。地磁场应用技术的发展极大地促进了人类航海、探险、贸易、战争及文化的进步。本文拟以空间地磁场应用技术为研究对象,分析电动力绳系磁弹性屈曲问题,设计飞行器沿等磁线飞行控制与制导方案,开展地磁导航定位算法等关键技术的研究,主要研究成果如下:1.研究了磁场环境下电动力绳系微小系绳段的非线性动力学分析方法。电动力绳系统具有强非线性且运动过程中存在复杂的多场耦合,现有动力学模型对空间磁场给电动力绳系运动带来的影响考虑较少,难以揭示绳系结构失稳机理。针对这些不足,论文以弹性杆模型建立微小系绳段的动力学方程,研究均匀磁场环境下系统的分岔特性。弹性杆模型由一个四维哈密顿方程进行描述,基于方程的对称性分析了一定参数条件下系统的同宿轨解,并给出了相对应的空间构型。数值分析表明当参数改变时,发生同宿轨分岔。结果揭示了弹性结构在耦合场作用下的不稳定性,对电动力绳系及与之相关的载流绳索技术的开发有指导意义。2.针对电动力绳系的稳定性问题,研究了电动力绳系磁弹性屈曲问题。利用Kirchhoff弹性杆方程建立留位状态下电动力绳系模型,并采用国际参考地磁场模型对地磁场进行数值分析。分别对载流杆的静态和动态稳定性进行深入分析,给出了系统出现分岔现象的临界值。结果表明,随着角速度的增加,使系统发生分岔的磁场强度临界值逐渐减小。3.提出了一种新的沿等磁线飞行的巡航导弹制导方法。利用双线性插值方法在地磁图中实现地磁等值线的提取,并考虑导弹的动态约束进行路径跟踪。建立了导弹巡航段的动力学方程,利用动态逆制导方法进行仿真试验。仿真结果表明,导弹沿着地磁等值线飞行在理论上是可行的,当确定好等值线飞行路径后,导弹可以通过控制沿等磁线进行飞行。4.对扩展卡尔曼滤波(EKF),Unscented卡尔曼滤波(UKF),粒子滤波(PF)和扩展卡尔曼粒子滤波(EKPF)等四种不同的非线性滤波技术在飞行器巡航阶段地磁导航的应用进行了研究。利用曲面样条方法建立了基于实测区域地磁数据的观测方程,针对不同飞行路径及不同初始状态偏差开展了仿真试验。仿真结果表明,当地磁场信息比较丰富时,四种滤波技术滤波效果均满足飞行器定位要求,其中UKF表现最好。由于UKF的滤波效果受参数的影响,利用遗传算法对滤波参数进行了优化选择,并进行了鲁棒性分析。分析结果进一步验证了该方法的可行性。5.对特征提取在地磁匹配中的应用进行了研究,从地磁场的总强度中提取出地磁熵作为匹配特征量,并利用真实地磁场数据对其性能进行了测试。匹配过程分为粗匹配和精匹配,粗匹配过程是利用地磁场总强度作为匹配特征量确定一个相对较小的匹配子区域,然后在子区域内利用地磁熵进行精匹配,以获得最终结果。仿真结果表明,利用地磁熵作为辅助特征量可以显著改善导航效果,特别是在地磁场信息变化不够明显的地方,匹配概率远高于仅使用总强度作为匹配特征量所对应的结果。空间地磁场应用技术的研究,涵盖了地磁学、非线性动力学、飞行力学等多个学科领域。论文所涉及的研究问题在航空航天领域前景广阔,相信研究成果对于我国空间地磁场应用技术发展具有积极的推动作用。