一种基于双磁信标的定位定向方法技术

一种基于双磁信标的定位定向方法，以两个相互垂直且线圈直径、匝数与通电电流已知的两组螺线管制作两个磁信标，然后将两个磁信标安装在已知位置作为信号源，定位目标安装磁强计，通过磁强计的实时测量数据；设定两个磁信标的输出频率，磁信标1中x轴频率为f1、y轴频率为f2，磁信标2中的x轴频率为f3、y轴频率为f4，两个磁信标在整个坐标系中的初始位置；从待定位目标所安装的磁力计上以大于磁信标最大频率的二倍以上的采样频率提取n个数据；对采集到的数据进行傅立叶分解，分别得到两个磁信标对应频率的两组信号，根据H1、H2、H3、H4确定目标，确定目标所在位置的方向向量：根据两方向向量，确定目标所在位置，根据两方向向量可确定两条直线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于双磁信标的定位定向方法，属于定位定向方法

技术介绍
随着科技的发展，人们对定位服务的需求也日益强烈。在室外，随着GPS、北斗等卫星导航系统的完善和普及，定位精度服务已经基本满足人们的日常需求；然而这种定位方式，由于建筑物对信号强度的极大衰减导致室内卫星导航系统定位精度很差，甚至无法完成定位。复杂的室内环境给导航定位带来很大的困难。目前，室内导航定位方法主要有以下几种：1、基于无线网络(WiFi、RFID、蓝牙等)的定位技术，该技术主要利用接收信号强度索引(RSSI)进行测距定位，当在信号的发射端和接收端存在障碍物时，信号强度会因室内的厚木板、水泥墙等引起大幅度的衰减，造成了接收端信号不稳定，从而导致导航定位精度变差。2、基于可见光的定位方法，该方法在存在遮挡或光线无法到达的环境中时无法实现导航定位，具有很大局限性。3、基于地磁信号的定位方法，该方法主要利用室内的地磁场信息实现导航定位，但是室内环境比较复杂，特别是墙内的钢筋等导磁性材料和众多电子设备的存在，对地磁信号的影响较大，无法实现精确定位。4、基于惯性导航系统的方法，该方法虽然短时间内能够提供精确的导航定位信息，但是由于其存在积累误差，随时间的增加，误差越来越大，不适合单独使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于双磁信标的定位定向方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于双磁信标的定位定向方法，步骤1、以两个相互垂直且线圈直径、匝数与通电电流已知的两组螺线管制作两个磁信标，然后将两个磁信标安装在已知位置作为信号源，定位目标安装磁强计，通过磁强计的实时测量数据，分别解算出两个磁信标在目标位置所产生的方向矢量，通过两个方向矢量的交点最后可以解算出目标的位置方向信息；步骤2、设定两个磁信标的输出频率，磁信标1中x轴频率为f1、y轴频率为f2，磁信标2中的x轴频率为f3、y轴频率为f4，两个磁信标在整个坐标系中的初始位置(p1x,p1y,p1z)，(p2x,p2y,p2z)；步骤3、从待定位目标所安装的磁力计上以大于磁信标最大频率的二倍以上的采样频率提取n个数据，n越大定位精度越高，记为Hi，i＝1…n；步骤4、对采集到的数据进行傅立叶分解，分别得到两个磁信标对应频率的两组信号，其中H1＝(h1x,h1y,h1z)为磁信标1中x轴产生的磁场强度、H2＝(h2x,h2y,h2z)为磁信标1中y轴产生的磁场强度、H3＝(h3x,h3y,h3z)为磁信标2中x轴产生的磁场强度，以及H4＝(h4x,h4y,h4z)为磁信标2中y轴产生的磁场强度；步骤5、根据H1、H2、H3、H4确定目标，确定目标所在位置的方向向量： N → 1 = H 1 × ( x 1 , y 1 , z 1 ) = ( ( h 1 y z 1 - h 1 z y 1 ) , ( h 1 z x 1 - h 1 x z 1 ) , ( h 1 x y 1 - h 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双磁信标的定位定向方法，其特征在于，步骤1、以两个相互垂直且线圈直径、匝数与通电电流已知的两组螺线管制作两个磁信标，然后将两个磁信标安装在已知位置作为信号源，定位目标安装磁强计，通过磁强计的实时测量数据，分别解算出两个磁信标在目标位置所产生的方向矢量，通过两个方向矢量的交点最后可以解算出目标的位置方向信息；步骤2、设定两个磁信标的输出频率，磁信标1中x轴频率为f1、y轴频率为f2，磁信标2中的x轴频率为f3、y轴频率为f4，两个磁信标在整个坐标系中的初始位置(p1x,p1y,p1z)，(p2x,p2y,p2z)；步骤3、从待定位目标所安装的磁力计上以大于磁信标最大频率的二倍以上的采样频率提取n个数据，n越大定位精度越高，记为Hi，i＝1…n；步骤4、对采集到的数据进行傅立叶分解，分别得到两个磁信标对应频率的两组信号，其中H1＝(h1x,h1y,h1z)为磁信标1中x轴产生的磁场强度、H2＝(h2x,h2y,h2z)为磁信标1中y轴产生的磁场强度、H3＝(h3x,h3y,h3z)为磁信标2中x轴产生的磁场强度，以及H4＝(h4x,h4y,h4z)为磁信标2中y轴产生的磁场强度；步骤5、根据H1、H2、H3、H4确定目标，确定目标所在位置的方向向量：N→1=H1×(x1,y1,z1)=((h1yz1-h1zy1),(h1zx1-h1xz1),(h1xy1-h1yx1))=(T1x,T1y,T1z)]]>N→2=H2×(x2,y2,z2)=((h2yz2-h2zy2),(h2zx2-h2xz2),(h2xy2-h2yx2))=(T2x,T2y,T2z)]]>R→1=N→1×N→2=((T1xT2z-T1zT2x),(T1zT2x-T1xT2z),(T1xT2z-T1zT2x))=(R1x,R1y,R1z)]]>N→3=H3×(x3,y3,z3)=((h3yz3-h3zy3),(h3zx3-h3xz3),(h3xy3-h3yx3))=(T3x,T3y,T3z)]]>N→4=H4×(x4,y4,z4)=((h4yz4-h4zy4),(h4zx4-h4xz4),(h4xy4-h4yx4))=(T4x,T4y,T4z)]]>R→2=N→3×N→4=((T3xT4z-T3zT4x),(T3zT4x-T3xT4z),(T3xT4z-T3zT4x))=(R2x,R2y,R2z)]]>其中(x1,y1,z1)为在磁信标1中，x轴正方向的实际方向向量，(x1,y1,z1)＝(1,0,0)，(x2,y2,z2)为在磁信标1中，y轴正方向的实际方向向量，(x2,y2,z2)＝(0,1,0)，(x3,y3,z3)为在磁信标2中，x轴正方向的实际方向向量，(x3,y3,z3)＝(1,0,0)，(x4,y4,z4)为在磁信标2中，y轴正方向的实际方向向量，(x4,y4,z4)＝(0,1,0)；为垂直于平面o1x1P的法向量，为垂直于平面o1y1P的法向量，因此，垂直于o1P，垂直于o1P，于是为o1P的方向向量，同理可得为o2P的方向向量；步骤6、根据两方向向量，确定目标所在位置，根据两方向向量可确定两条直线：x-p1xR1x=y-p1yR1y=z-p1zR1z=k1]]>x-p2xR2x=y-p2yR2y=z-p2zR2z=k2]]>则目标点P为两条直线的交点：R1x*k1‑R2xk*k2＝‑p1x+p2xR1y*k1‑R2yk*k2＝‑p1y+p2y然后分别得到k1、k2，则目标位置P＝(k1*R1x+p1x,k1*R1y+p1y,k1*R1z+p1z)＝(Px,Py,Pz)θ=arctan(PxPy)]]>β=arccos(PxPx2+Py2+Pz2)]]>其中磁强计所测量的数据均为通过姿态矩阵将目标本地坐标系下的磁场测量数据转换到所建立的模型坐标系后的数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双磁信标的定位定向方法，其特征在于，步骤1、以两个相互垂直且线圈直径、匝数与通电电流已知的两组螺线管制作两个磁信标，然后将两个磁信标安装在已知位置作为信号源，定位目标安装磁强计，通过磁强计的实时测量数据，分别解算出两个磁信标在目标位置所产生的方向矢量，通过两个方向矢量的交点最后可以解算出目标的位置方向信息；步骤2、设定两个磁信标的输出频率，磁信标1中x轴频率为f1、y轴频率为f2，磁信标2中的x轴频率为f3、y轴频率为f4，两个磁信标在整个坐标系中的初始位置(p1x,p1y,p1z)，(p2x,p2y,p2z)；步骤3、从待定位目标所安装的磁力计上以大于磁信标最大频率的二倍以上的采样频率提取n个数据，n越大定位精度越高，记为Hi，i＝1…n；步骤4、对采集到的数据进行傅立叶分解，分别得到两个磁信标对应频率的两组信号，其中H1＝(h1x,h1y,h1z)为磁信标1中x轴产生的磁场强度、H2＝(h2x,h2y,h2z)为磁信标1中y轴产生的磁场强度、H3＝(h3x,h3y,h3z)为磁信标2中x轴产生的磁场强度，以及H4＝(h4x,h4y,h4z)为磁信标2中y轴产生的磁场强度；步骤5、根据H1、H2、H3、H4确定目标，确定目标所在位置的方向向量： N → 1 = H 1 × ( x 1 , y 1 , z 1 ) = ( ( h 1 y z 1 - h 1 z y 1 ) , ( h 1 z x 1 - h 1 x z 1 ) , ( h 1 x y 1 - h 1 y x 1 ) ) = ( T 1 x , T 1 y , T 1 z ) ]]> N → 2 = H 2 × ( x 2 , y 2 , z 2 ) = ( ( h 2 y z 2 - h 2 z y 2 ) , ( h 2 z x 2 - h 2 x z 2 ) , ( h 2 x y 2 - h 2 y x 2 ) ) = ( T 2 x , T 2 y , T 2 z ) ]]> R → 1 = N → 1 × N → 2 = ( ( T 1 x T 2 z - T 1 z T 2 x ) , ( T 1 z T 2 x - T 1 x T 2 z ) , ( T 1 x T 2 z - T 1 z T 2 x ) ) = ( R 1 x , R 1 y , R 1 z ) ]]> N → 3 = H 3 × ( x 3 , y 3 , z 3 ) = ( ( h ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清华，郑元勋，解伟男，张大成，刘元，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23