一种基于多磁信标的定位方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于多磁信标的定位方法、装置及系统，所述定位方法包括：采集多个磁信标在目标位置产生的混合磁场信号，其中，每个所述磁信标由不同频率的正弦信号激励；从所述混合磁场信号中提取每个磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号；根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量；根据所述特征矢量计算所述目标位置与所述磁信标的中心的相对俯仰角；根据计算出的多个所述相对俯仰角，建立多个所述相对俯仰角与目标位置坐标之间的方程组；求解所述方程组，得到所述目标位置坐标。所述定位方法在复杂室内环境下受障碍物的影响较小，定位的精度和稳定性高，不会有累计误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多磁信标的定位方法、装置及系统
本专利技术涉及导航定位
，特别涉及一种基于多磁信标的定位方法、装置及系统。
技术介绍
近年来，随着全球卫星定位系统(GNSS)的不断覆盖和完善，定位服务已经渐渐成为了人们工作、生活中不可分割的一部分。在室外环境下，GNSS定位的精度已经基本能够满足日常生活需求，然而，在室内环境中，由于地形复杂、存在诸多障碍物干扰等原因，GNSS定位的精度较低，甚至无法完成定位。传统的室内定位技术可以分为三类，分别是基于无线信号的定位技术、基于数据库的指纹定位技术和基于惯性的航位推算技术。其中，基于无线信号的定位技术由于无线信号的频率较高，当环境中存在障碍物遮挡时，信号会产生较大衰减，进而导致定位精度下降；基于数据库的指纹定位技术很难适应环境变化较大的场景，因此只能作为辅助导航手段；基于惯性的航位推算技术短期的定位精度高，但是误差会随着时间积累。由此可见，传统的定位方法难以实现复杂室内环境下的高精度、高可靠性定位。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于多磁信标的定位方法，以解决传统定位方法难以实现复杂室内环境下的高精度、高可靠性定位的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于多磁信标的定位方法，包括：步骤b，采集多个所述磁信标在目标位置产生的混合磁场信号，其中，每个所述磁信标由不同频率的正弦信号激励；步骤c，从所述混合磁场信号中提取每个所述磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号；步骤d，根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量；步骤e，根据所述特征矢量计算所述目标位置与所述磁信标的中心的相对俯仰角；步骤f，根据计算出的多个所述相对俯仰角，建立多个所述相对俯仰角与目标位置坐标之间的方程组；步骤g，求解所述方程组，得到所述目标位置坐标。可选的，所述磁信标产生的所述合成磁场信号包括所述磁信标中两根螺线管在所述目标位置分别产生的磁场信号的叠加。可选的，所述步骤c中，从所述混合磁场信号中提取每个磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号包括：将所述混合磁场信号输入不同通带的带通滤波器，提取每个所述磁信标对应的所述合成磁场信号。可选的，所述步骤c中，从所述混合磁场信号中提取每个磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号包括：通过三角函数拟合提取每个所述磁信标对应的所述合成磁场信号。可选的，所述步骤d中，根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量包括：获取处于两个不同时刻的所述合成磁场信号，对处于两个不同时刻的所述合成磁场信号进行矢量叉乘，得到所述特征矢量。可选的，所述步骤e中，根据所述特征矢量计算所述目标位置与所述磁信标的中心的相对俯仰角包括：步骤e1，计算所述特征矢量与z轴方向的夹角α；步骤e2，根据所述夹角α与所述相对俯仰角的关系式计算所述相对俯仰角。可选的，所述步骤e2中，根据所述夹角α与所述相对俯仰角的关系式计算所述相对俯仰角包括：通过最小二乘拟合法解算所述关系式。可选的，所述步骤g中，求解所述方程组，得到所述目标位置坐标包括：通过高斯牛顿法解算所述方程组。相对于现有技术，本专利技术所述的基于多磁信标的定位方法具有以下优势：本专利技术所述的基于多磁信标的定位方法中，利用多个磁信标在空间中产生不同频率的旋转磁场，通过测量目标位置的磁场特征量，实现目标分别相对各个磁信标的相对俯仰角，并形成几何约束，解算目标的位置。由于旋转磁场的频率较低，因此信号具有较强的穿透障碍物能力，在复杂室内环境下受障碍物的影响较小，定位的精度高、稳定性好；在磁场的旋转过程中，磁场旋转面的特征矢量方向是不变的，能够抑制噪声、提高定位的精度和稳定性，不会有累积误差，有较强的穿透能力，能够适应多种复杂工作环境。本专利技术的另一目的在于提供一种基于多磁信标的定位装置，以解决传统定位装置难以实现复杂室内环境下的高精度、高可靠性定位的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于多磁信标的定位装置，包括：磁通门传感器，其用于采集多个磁信标在目标位置产生的混合磁场信号，其中，每个所述磁信标由不同频率的正弦信号激励；信号提取单元，其用于从所述混合磁场信号中提取每个磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号；第一计算单元，其用于根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量；第二计算单元，其用于根据所述特征矢量计算所述目标位置与所述磁信标的中心的相对俯仰角；方程建立单元，其用于根据计算出的多个所述相对俯仰角，建立多个所述相对俯仰角与目标位置坐标之间的方程组；方程解算单元，其用于求解所述方程组，得到所述目标位置坐标。所述基于多磁信标的定位装置与定位方法相对于现有技术所具有的优势类似，在此不再赘述。本专利技术的另一目的在于提供一种基于多磁信标的定位系统，以解决传统定位系统难以实现复杂室内环境下的高精度、高可靠性定位的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于多磁信标的定位系统，包括：磁信标，其由两根规格完全一样的螺线管正交排列组成，用于在目标位置产生旋转磁场；信号发生器，其用于向多个固定到已知位置的所述磁信标输入不同频率的正弦信号；还包括上述基于多磁信标的定位装置。所述基于多磁信标的定位系统与定位方法相对于现有技术所具有的优势类似，在此不再赘述。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的基于多磁信标的定位方法的流程图；图2为本专利技术实施例所述的椭圆螺旋磁场示意图；图3为本专利技术实施例所述的螺线管单磁偶极子模型图；图4为本专利技术实施例所述的多磁信标定位方法示意图；图5为本专利技术实施例所述的步骤e的流程图；图6为本专利技术仿真验证无衰减时的定位结果对比表；图7为本专利技术仿真验证衰减率为0.9时的定位结果对比表；图8为本专利技术仿真验证衰减率为0.95时的定位结果对比表；图9为本专利技术实施例所述的基于多磁信标的定位装置的框图；图10为本专利技术实施例所述的基于多磁信标的定位系统的示意图；图11为本专利技术实施例所述的基于多磁信标的定位系统的框图。附图标记说明：100-磁信标，10-信号发生器，20-磁通门传感器，30-信号提取单元，40-第一计算单元，50-第二计算单元，60-方程建立单元，70-方程解算单元。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。如图1所示，其为本实施例中基于多磁信标的定位方法的流程图；其中，磁信标为三个及以上，所述定位方法包括：步骤b，采集多个磁信标在目标位置产生的混合磁场信号，其中，每个所述磁信标由不同频率的正弦信号激励。其中，磁信标由两根规格完全一样的螺线管正交排列组成；具体的，将多个磁信标分别安装在已知位置作为磁源；对于单个磁信标，分别向磁信标的两根螺线管中输入频率相同、幅值大小相同、相位相差90°的正弦电流；对于不同的磁信标，分别向每个磁信标中输入幅值大小相同、频率不同的正弦电流；其中，向每个磁信标中的两根螺线管中分别通入正弦电流后，每个磁信标均能够在空间中产生如图2所示的椭圆旋转磁场，在磁场的旋转过程中，磁场旋转面的特征矢量方向不变。步骤c，从所述混合磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多磁信标的定位方法，其特征在于，包括：步骤b，采集多个磁信标在目标位置产生的混合磁场信号，其中，每个所述磁信标由不同频率的正弦信号激励；步骤c，从所述混合磁场信号中提取每个所述磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号；步骤d，根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量；步骤e，根据所述特征矢量计算所述目标位置与所述磁信标的中心的相对俯仰角；步骤f，根据计算出的多个所述相对俯仰角，建立多个所述相对俯仰角与目标位置坐标之间的方程组；步骤g，求解所述方程组，得到所述目标位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于多磁信标的定位方法，其特征在于，包括：步骤b，采集多个磁信标在目标位置产生的混合磁场信号，其中，每个所述磁信标由不同频率的正弦信号激励；步骤c，从所述混合磁场信号中提取每个所述磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号；步骤d，根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量；步骤e，根据所述特征矢量计算所述目标位置与所述磁信标的中心的相对俯仰角；步骤f，根据计算出的多个所述相对俯仰角，建立多个所述相对俯仰角与目标位置坐标之间的方程组；步骤g，求解所述方程组，得到所述目标位置坐标。2.根据权利要求1所述的基于多磁信标的定位方法，其特征在于，所述磁信标产生的所述合成磁场信号包括所述磁信标中两根螺线管在所述目标位置分别产生的磁场信号的叠加。3.根据权利要求2所述的基于多磁信标的定位方法，其特征在于，所述步骤c中，从所述混合磁场信号中提取每个磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号包括：将所述混合磁场信号输入不同通带的带通滤波器，提取每个所述磁信标对应的所述合成磁场信号。4.根据权利要求2所述的基于多磁信标的定位方法，其特征在于，所述步骤c中，从所述混合磁场信号中提取每个磁信标在目标位置产生的对应的合成磁场信号包括：通过三角函数拟合提取每个所述磁信标对应的所述合成磁场信号。5.根据权利要求3或4所述的基于多磁信标的定位方法，其特征在于，所述步骤d中，根据所述合成磁场信号计算所述磁信标的磁场旋转面的特征矢量包括：获取处于两个不同时刻的所述合成磁场信号，对处于两个不同时刻的所述合成磁场信号进行矢量叉乘，得到所述特征矢量。6.根据权利要求5所述的基于多磁信标的定位方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王煜，李清华，解伟男，胡捷凯，郑元勋，屈桢深，
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