1. 课程导入与导航需求分析
当一架无人机在GPS拒止的峡谷中飞行，或一枚巡飞弹在强电磁干扰环境下突防时，飞控系统最先失去的往往不是姿态，而是"我在哪、我朝哪"这两个基本答案。导航的本质，就是让飞行器在任意时刻都能回答三个问题：位置、速度、姿态（含航向）。本章不急于推导公式，而是先把"磁航向"与"地磁辅助导航"放进飞行器导航的整体框架里，说明它们解决什么问题、依赖什么物理量、在什么条件下可靠，以及本课程后续29章将如何层层展开。
一、飞行器导航的基本概念
导航（Navigation）是确定载体位置、速度、姿态并引导其按预定航线飞行的过程。按信息获取方式，飞行器导航可分为三类：
- 惯性导航（INS）：由陀螺仪和加速度计积分推算位置与姿态。短时精度高、输出频率高、完全自主，但误差随时间累积，纯惯导位置误差可达每小时数公里。
- 卫星导航（GNSS）：通过接收多颗卫星的伪距解算位置与速度，长期精度稳定（米级），但信号易被遮挡、欺骗和压制，且不直接提供航向。
- 地磁/天文/视觉等辅助导航：利用地球物理场或环境特征提供绝对参考。地磁导航利用地磁场矢量，具有无源、全天时、全天候、无累积误差的特点，是GNSS拒止环境下的重要备份手段。
需要特别区分两个常被混用的概念：磁航向与地磁辅助导航。磁航向是"用磁强计测量地磁水平分量方向，得到机体纵轴相对磁北的夹角"，它解决的是姿态层面的航向基准问题；而地磁辅助导航是"把实测地磁矢量（或地磁异常场）与预先存储的地磁模型/地磁图匹配，反推飞行器位置"，它解决的是位置层面的绝对定位问题。前者是后者的基础，后者是前者的延伸。本课程先讲清磁航向的测量、标定与误差补偿，再讲地磁匹配定位与组合导航。
二、为什么需要磁航向与地磁辅助导航
从工程需求看，磁航向与地磁辅助导航的价值集中在四个场景：
- GNSS拒止：室内、峡谷、城市楼宇间、水下及强干扰战场，卫星信号不可用，惯导单独工作误差迅速发散，需要地磁提供绝对基准。
- 航向基准需求：中小型无人机、巡飞弹、制导炮弹受体积、成本、功耗限制，难以装载高精度陀螺寻北，磁强计是获取绝对航向最经济的手段。
- 长航时误差抑制：地磁匹配可在飞行途中多次修正惯导累积误差，把位置误差从公里级拉回百米级甚至更低。
- 多源融合冗余：在INS/GNSS/地磁/气压/视觉的组合导航架构中，地磁提供独立的航向与位置观测，提升系统容错能力。
但地磁导航并非"免费午餐"。地磁场总强度约25000～65000 nT，随纬度变化；飞行器自身的电机、舵机、电池电流、铁磁结构会产生硬磁与软磁干扰，其量级可达数百至数千nT，足以淹没地磁异常信号。因此，磁补偿与标定是磁航向能否可用的前提，也是本课程的重点实操内容。
三、课程目标与整体知识框架
本课程面向飞行器导航、制导与控制方向的学习者，目标是使读者能够：理解地磁场模型与磁航向测量原理；独立完成三轴磁强计的椭球拟合标定与硬磁/软磁补偿；实现倾斜补偿与磁偏角修正，输出可用的磁航向；掌握地磁匹配定位的基本算法与评价指标；构建INS/地磁/GNSS组合导航的滤波框架并分析其精度。
课程整体按"物理基础 → 测量与标定 → 航向解算 → 地磁匹配 → 组合导航 → 工程验证"六层递进展开，共30章。下图给出本课程的知识框架与数据流关系，其中箭头方向表示信息流向，颜色区分不同功能层。