一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，包括：至少一个发射装置、发射天线、至少一个接收装置、接收天线，每个发射装置与发射天线配对，通过发射天线向外发射脉冲定位信号；每个接收装置与接收天线配对，采用分时接收方式接收脉冲定位信号以及环境中金属产生的涡流信号，获取脉冲定位信号的传播介质和目标的运动状态，并且根据介质和运动状态信息，选择滤波跟踪算法进行优化，实现对目标的跟踪定位。本发明专利技术解决现有电磁定位跟踪系统在金属环境中应用时，金属物体位于传播路径上时，导致传统传播模型不适用的问题，同时解决当目标运动状态不确实时，定位跟踪算法的选择和优化问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统
本专利技术涉及通信定位
，特别涉及一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统。
技术介绍
近年来，随着无线通信技术的发展，定位技术受到越来越多的关注。但是由于应用环境的复杂性，常用的高频无线信号，存在多径干扰和衰减严重的问题，影响定位精度。低频电磁定位技术通过检测磁感应信号强度，定位目标的位置参数及姿态参数，具有速度快、精度高、定位效果不受物体遮挡影响等优点，且传感器尺寸可以微型化、成本低，适合大规模应用，目前已经广泛应用于虚拟现实、作战模拟训练、机载火控系统、管道机器人定位、精密医疗器械等领域。低频电磁定位跟踪问题主要有解析反演、离线寻优以及滤波估值三类求解方法。解析反演方法是利用磁偶极子模型以及磁场测量数据，通过反向求解线性方程组来获取定位目标的位置参数和姿态参数，因此对于六自由度的定位系统，线性方程组的个数要多于需要求解的位置参数个数。解析反演方法对噪声比较敏感，不适于连续状态解算，适用于对静止目标进行定位。离线寻优方法虽对噪声鲁棒性强，但仅能对直线航迹目标进行非实时估计。滤波估值方法则是基于动态模型和磁偶极子观测模型的在线递推方法，能够从带噪声观测数据中实时估计目标状态，适用于对移动目标的跟踪。采用滤波估值方法进行磁偶极子跟踪的主要难点在于滤波初始条件不易确定，而初始条件恰是决定磁偶极子跟踪性能的关键因素。电磁定位技术在工业、金属物流、仓储等环境中应用时，定位标签可能固定于金属表面，随着目标的运动，信号的传播路径会在视距与非视距之间变化，金属物体有可能存在于传播路径上，增加路径衰减，使得传统的偶极子模型不再适用。在实际工业、金属物流等应用中，定位目标会处于运动或者静止状态，合理地选择和优化定位跟踪算法，对于提高定位精度，优化算法实时性能也至关重要。因此，如何降低金属环境对低频电磁定位技术的影响，提高定位精度，及时获取人员、物体的位置信息，对于保证自动化工业生产过程中的人员、产品安全，提高生产效率、节约成本，以及建立信息化管理系统具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决所述，技术缺陷之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，包括：至少一个发射装置、发射天线、至少一个接收装置、接收天线，其中，每个所述发射装置与所述发射天线配对，用于通过所述发射天线向外发射脉冲定位信号，其中，所述脉冲定位信号在环境中传播受到电磁干扰；每个所述接收装置与所述接收天线配对，用于通过所述接收天线，采用分时接收方式接收所述脉冲定位信号以及环境中金属产生的涡流信号，并对接收信号进行分析处理，获取脉冲定位信号的传播介质和目标的运动状态，并且根据介质和运动状态信息，选择滤波跟踪算法进行优化，实现对目标的跟踪定位。进一步，所述发射天线采用电场天线或磁场天线，其中，所述电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；所述磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线或者多个天线组成的阵列；所述接收天线采用电场天线或磁场天线，其中，所述电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；所述磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线、接收传感器或者多个天线组成的阵列。进一步，当所述接收天线不少于2个时，将多个接收天线接收的信号同时进行处理。进一步，所述接收装置包括：信号采集模块、信号处理模块、模型修正模块、状态识别模块和定位跟踪模块，其中，所述信号采集模块用于通过分时采样，分别获取同一个接收通道在脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿两个时间段内接收的信号；所述信号处理模块用于所述信号采集模块的接收信号进行处理，分别获取定位信号，定位信号在金属材料中产生的涡流信号；所述模型修正模块用于通过对涡流信号进行分析，获取金属干扰的位置和材料类型，然后根据金属位置及材料对传播模型进行修正；所述状态识别模块用于对脉冲定位信号进行分析，获取目标的运动状态；所述定位跟踪模块用于根据目标运动状态和传播模型，对反演定位和滤波跟踪进行优化，实现对目标的跟踪。进一步，当所述发射天线不少于2个时，不同发射天线的定位信号分时发送，接收端分别采集脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿时的接收信号；所有接收信道的采集过程相同。进一步，当所述模型修正模块根据对涡流信号的分析金属材料位于发射与接收之间，根据金属位置及材料对传播模型进行修正。进一步，所述定位跟踪模块用于根据目标运动状态，选择和优化定位跟踪算法，获取目标的位置参数和姿态参数。进一步，当目标为静止状态时，所述定位跟踪模块采用反演定位的方法获取目标的位置参数和姿态参数。进一步，当目标为运动状态时，所述定位跟踪模块采用反演定位的方法获取目标的初始位置和姿态参数，并采用滤波跟踪算法，实时更新目标在运动过程中的位置参数和姿态参数。进一步，所述滤波跟踪算法包括粒子滤波方法和卡尔曼滤波方法。根据本专利技术实施例的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，解决现有电磁定位跟踪系统在金属环境中应用时，金属物体位于传播路径上时，导致传统传播模型不适用的问题，同时解决当目标运动状态不确实时，定位跟踪算法的选择和优化问题。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：通过对环境中金属产生的涡流信号进行分析，获取金属材料的材质、位置等参数，并对金属材料可能造成的定位信号非视距传播进行模型修正，提高采用反演方法进行电磁定位时的定位精度。通过接收定位信号分析目标的运动状态，并选择合适的传播模型和定位跟踪算法来提高定位精度。对于静止的目标，采用解析反演的方法来定位目标；对于运动的目标，采用解析反演方法来获取目标的初始位置，然后采用滤波跟踪的方法跟踪目标移动轨迹，将有效解决初始位置选择不当造成的滤波跟踪不能快速收敛或者无法收敛到全局最优值的问题。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统的结构图；图2为根据本专利技术实施例的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统的示意图；图3为根据本专利技术实施例的电磁定位系统信号采集流程图；图4为根据本专利技术实施例的用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统的电磁跟踪流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提出一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，解决现有电磁定位跟踪系统在金属环境中应用时，金属物体位于传播路径上时，导致传统传播模型不适用的问题。同时解决当目标运动状态不确实时，定位跟踪算法的选择和优化问题。如图1所示，本专利技术实施例的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，包括：至少一个发射装置1、发射天线2、至少一个接收装置4、接收天线3。具体的，每个发射装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，其特征在于，包括：至少一个发射装置、发射天线、至少一个接收装置、接收天线，其中，每个所述发射装置与所述发射天线配对，用于通过所述发射天线向外发射脉冲定位信号，其中，所述脉冲定位信号在环境中传播受到电磁干扰；每个所述接收装置与所述接收天线配对，用于通过所述接收天线，采用分时接收方式接收所述脉冲定位信号以及环境中金属产生的涡流信号，并对接收信号进行分析处理，获取脉冲定位信号的传播介质和目标的运动状态，并且根据介质和运动状态信息，选择滤波跟踪算法进行优化，实现对目标的跟踪定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，其特征在于，包括：至少一个发射装置、发射天线、至少一个接收装置、接收天线，其中，每个所述发射装置与所述发射天线配对，用于通过所述发射天线向外发射脉冲定位信号，其中，所述脉冲定位信号在环境中传播受到电磁干扰；每个所述接收装置与所述接收天线配对，用于通过所述接收天线，采用分时接收方式接收所述脉冲定位信号以及环境中金属产生的涡流信号，并对接收信号进行分析处理，获取脉冲定位信号的传播介质和目标的运动状态，并且根据介质和运动状态信息，选择滤波跟踪算法进行优化，实现对目标的跟踪定位。2.如权利要求1所述的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，其特征在于，所述发射天线采用电场天线或磁场天线，其中，所述电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；所述磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线或者多个天线组成的阵列；所述接收天线采用电场天线或磁场天线，其中，所述电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；所述磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线、接收传感器或者多个天线组成的阵列。3.如权利要求2所述的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，其特征在于，当所述接收天线不少于2个时，将多个接收天线接收的信号同时进行处理。4.如权利要求1所述的基于目标运动状态和传播介质识别的电磁跟踪系统，其特征在于，所述接收装置包括：信号采集模块、信号处理模块、模型修正模块、状态识别模块和定位跟踪模块，其中，所述信号采集模块用于通过分时采样，分别获取同一个接收通道在脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿两个时间段内接收的信号；所述信号处理模块用于所述信号采集模块的接收信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，张健飞，李晟，
申请(专利权)人：阳光凯讯北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11