我们认为全球定位系统是无处不在和可用的，但这是一个可疑的假设。基于美国的全球定位系统以及全球导航卫星系统(GNSS)的其他实施例受到死区、过度噪声、低信噪比(SNR)、故意干扰甚至欺骗干扰的影响，从而使其不准确，甚至严重误导。

 但是，可能还有一个可行的备用方案，不可否认的是，它的精确度不那么高，那就是地球磁场。通过使用磁力计这个领域,以及精确的地图领域的异常和变化(有很多),除了机器学习(ML),它可能是实际位置和导航数据提取有用的数据,即使它是受噪声和许多当地动态、宽领域扭曲。

 尽管存在这些挑战，但使用这种普遍存在的磁场（主要用于飞行导航）还是很有吸引力的，因为它在全球范围内都是显而易见的，并且几乎不可能故意造成干扰或变形，尤其是在远处。 虽然可以使用其他位置，导航和定时解决方案（APNT），例如摄像机和计算机视觉，星空跟踪或地形跟踪导航解决方案，但它们受到视觉环境，天气和水上地形缺乏的限制。相反，磁导航系统使用磁力计收集可用的磁场数据，然后创建并匹配磁异常图以确定当前位置。

该项目是在麻省理工学院（MIT），麻省理工学院林肯实验室和空军技术学院（俄亥俄州代顿）之间的理论合作下开始的，已经进行了几年。最近，它进行了广泛的飞行测试，以创建更好的磁场图和数据捕获。

 该项目的首席研究员，空军少校和Aaron Canciani教授承认，GPS具有更高的精度，但要注意，在许多情况下，额外的精度并不像可用性和可访问性那么重要。 通常，移动GPS的精度约为1米或更小，而磁导航（MAGNAV）方法的精度可能约为1公里。不过，他说，实际上有相当一部分任务不需要GPS级的精度。

 磁异常导航使用标量磁力计作为传感器来测量磁场差异。 将这些测量结果与磁场图进行比较可以提供信息，从而确定位置。  性能取决于地球场和异常图的准确性 -多年来，已经对这些图进行了测量和编辑（图1），并且存在许多此类图，质量和精度差异很大。

 图1.  这不是您通常的地球地图，而是显示在标准的地面固定高度上测量的地球部分磁场变化。（来源：http：//geomag.org/models/wdmam.html）

这些地图显示了由于地球外地壳和地壳下层的差异以及地球内部传导性物质流动的更深层次原因（从字面上看）而引起的高度局部场变化。异常不仅由于地质变化而变化，而且由于各种原因它们甚至具有每日变化和其他周期性变化。

 几十年来，地球物理学家和工业界一直在制作磁异常图，以研究地球的地下。这些地图可让您深入了解埋在地下的矿物的位置和类型，并在工业中通常用于发现石油和钻石等资源。

基线是世界数字磁异常图（WDMAM），这是一个在平均海平面以上5 km的高度上的磁强度异常的全球三弧度分辨率网格。该地图是根据卫星，海洋，航空磁和地面磁测绘而成的，每五年正式更新一次。

 WDMAM是通过将测得的磁场强度与参考场差来创建的。 最常用的参考场是国际地磁参考场（IGRF）。这些磁强度测量大多数是使用光泵浦的铯基分束标量磁力计完成的，绝对精度在1-3纳米特拉斯之间。

项目测试之一涉及使用Sander Geophysics Limited（一家全球地球物理测量公司）的专用小型飞机进行飞行和数据收集（图2）。它配备了多个磁力计，GPS和惯性导航系统（INS），用于与采集的磁数据相关的精确三维位置标记。将一个标量磁力计放置在外部尾翼“托管架”上，以最小的飞机磁场噪声收集磁测量值。其余四个标量磁力计以及三个矢量磁通门磁力计放置在飞机机舱内。要测量的基于异常的变化只有几个纳米特斯拉的数量级。

 图2.  项目团队使用的一架测试飞机是塞斯纳大篷车，该飞机通常配备用于地球物理勘测。在这里，它装有五个标量磁力计（一个安装在尾部的“刺针”扩展架上）和三个矢量磁力计。（来源：桑德地球物理有限公司）

飞行数据是在许多精心定义的模式和高度上收集的，但这只是项目的一部分（图3）。为了创建准确的地图，需要大量的基本和高级的校正和补偿来调整原始数据，以用于测量区域边缘，飞行高度差，飞机引起的变形以及许多其他因素。

 图3.  该项目第一阶段的目标是收集高分辨率磁场异常原始数据，这些数据可用于创建准确的3D地图。（来源：空军技术学院）

可以说测试是成功的，并证明了MAGNAV概念的可行性。

 在地球表面，核心磁场的强度范围为25到65微特斯拉，比致冷磁铁的强度弱100倍），而感兴趣的磁异常场通常仅变化数百纳特斯拉，使其强度比电磁场弱100倍。 核心领域。提取有意义的异常数据的过程有点类似于确定微小的，类似随机的信号，大致了解一些一般特征，但是却被更大且变化不大的类似dc的基线所遮盖，这是经典的高端问题。信号估计理论。

 为了进一步分析大量数据并将其减少为有意义的结果，核心项目团队定义了“挑战问题”，团队和外部人员都将对此进行研究。 并为该挑战问题建立了目标，以过滤噪声，非线性，失真的数据并进行大量调整。结果将使地球和飞机的磁信号解耦，进而得出可用于执行磁导航的干净，正确的信号。

 对数据集的基准测试表明，可以使用机器学习（ML）和训练有素的神经网络从总磁场中提取地球磁场异常。但是，还有更多工作要做，包括在不同地区进行额外的飞行测试，以试图证明这种导航方法的可行性。

MAGNAV是否将成为GPS的可行替代方案或替代方案？目前尚不清楚。但是，这里有一些历史讽刺意味，因为电磁罗盘是最早的导航工具之一。  在某些方面，可以使用精确的磁力计测量地球场中的异常以及详细的地图，这被认为是指南针的高度复杂的扩展，但其数量级很高。