基于单磁信标的三维空间高精度定位装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于单磁信标的三维空间高精度定位装置与方法，属于定位定向方法技技术领域。本发明专利技术中磁信标在空间中产生待测磁场；总传感器模块为一个刚性整体，在总传感器模块中，一号、二号磁传感器模块和组合传感器模块相互之间刚性连接组成一个三角形结构整体且三个磁传感器的方向一致，上位机用于接收一号磁传感器模块传输的所在位置总磁场信息，进行数据处理，解算出二号磁传感器模块和组合传感器模块的可能位置，再根据位置坐标计算出理论场强，进而与实际测得场强作对比，获得被定位物体的三维位置信息。本发明专利技术安装简单，功耗低，可以任意旋转和移动，极大提高了实用性，定位精度高，可以达到在恶劣环境下自主定位定向的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于单磁信标的三维空间高精度定位装置与方法
本专利技术涉及一种基于单磁信标的三维空间高精度定位装置与方法，属于定位定向方法技

技术介绍
GPS定位技术是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、速度与时间信息。用户需要手持接收器或者是在汽车上、轮船上、飞机上等安装接收器接受卫星信号，从卫星接收信号后从而来计算出位置。GPS定位如果想计算出位置，必须要在空旷范围且没有什么阻挡的地方，满足至少从3颗卫星中获取信号。但是其缺点在于GPS定位技术中需要终端内置卫星信号接收模块，定位精度受终端所处环境的影响较大；如果终端处于大型建筑物或者室内环境下，接收到的卫星信号太弱，定位精度将降低。WiFi定位技术，主要应用于室内，公共场所等，通过无线保真技术对人或物体进行精细准确的定位。但是WiFi定位技术的缺点在于能耗较大，而且受服务范围限制，没有方向、速度等数据，不能导航。ZigBee定位技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单磁信标的三维空间高精度定位装置，其特征在于，包括：磁信标、总传感器模块和上位机；/n磁信标在空间中产生待测磁场；/n总传感器模块为一个刚性整体，包括：一号磁传感器模块、二号磁传感器模块和组合传感器模块；在总传感器模块中，一号磁传感器模块、二号磁传感器模块和组合传感器模块相互之间刚性连接组成一个三角形结构整体且磁传感器的方向一致，/n所述组合传感模块包括：惯导模块和三号磁传感器模块；惯导模块由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，三轴加速度计和三轴陀螺仪与三号磁传感器模块的坐标轴轴向一致；/np′

【技术特征摘要】
1.一种基于单磁信标的三维空间高精度定位装置，其特征在于，包括：磁信标、总传感器模块和上位机；
磁信标在空间中产生待测磁场；
总传感器模块为一个刚性整体，包括：一号磁传感器模块、二号磁传感器模块和组合传感器模块；在总传感器模块中，一号磁传感器模块、二号磁传感器模块和组合传感器模块相互之间刚性连接组成一个三角形结构整体且磁传感器的方向一致，
所述组合传感模块包括：惯导模块和三号磁传感器模块；惯导模块由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，三轴加速度计和三轴陀螺仪与三号磁传感器模块的坐标轴轴向一致；
p′k(k＝1,2,3)是传感器坐标系下，三个传感器模块的位置矢量：
p′1＝[000]
p′2＝[p′2xp′2yp′2z]
p′3＝[p′3xp′3yp′3z]
为了保证唯一解，三个磁传感器模块需要满足一定的相对位置关系，如下式描述：
p′2x≠0,p′2y≠0,p′2z≠0
p′3x≠0,p′3y≠0



上位机用于接收一号磁传感器模块传输的所在位置总磁场信息，进行数据处理，解算出二号磁传感器模块和组合传感器模块的可能位置，再根据位置坐标计算出理论场强，进而与二号磁传感器模块和组合传感器模块实际测得场强作对比，获得被定位物体的三维位置信息。


2.根据权利要求1所述的基于单磁信标的三维空间高精度定位装置，其特征在于，所述上位机首先获得一号磁传感器模块所在位置的总磁场信息，经过数据处理分离出所在位置处由信标产生的三轴磁场矢量的幅值，由于三轴未知方向的幅值有八种可能的方向组合，根据八种可能的组合计算出一号磁传感器模块所在的八个可能位置，根据传感器之间的相对位置关系与惯性传感器测得的坐标转换矩阵，惯性传感器即惯导模块，解算出二号磁传感器模块和组合传感器模块可能的八个位置，再根据位置坐标计算出这八个位置的理论场强，进而与二号磁传感器模块和组合传感器模块实际测得场强作对比，筛选出最接近的一组位置，最终获得被定位物体的三维位置信息。


3.根据权利要求1所述的基于单磁信标的三维空间高精度定位装置，其特征在于，所述正方形木质框架不含铁质材料连接。


4.根据权利要求1所述的基于单磁信标的三维空间高精度定位装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制作磁信标和总传感器模块
磁信标采用面积S已知的正方形木质框架，绕制以匝数N已知的铜线圈，然后将信标安装在三维空间中的已知位置作为信号源，并将电流大小I已知、频率为f的正弦信号加在磁信标的线圈上，此时磁信标产生的磁力矩的大小为：
M＝S·N·I
总传感器模块为一个刚性整体，在应用之前，进行封装并保证内部传感器坐标轴方向一致，该模块包括三个部分，分别是两个单独的磁传感器模块和一个组合传感模块，组合传感模块包括一个三轴加速度计、一个三轴陀螺仪和一个磁传感器，为了保证唯一解，三个部分安装成一个三角形结构，并满足一定的相对位置关系；
步骤2、建立信标坐标系和传感器坐标系
在空间中选取固定的一点，将磁信标水平放置在该点，线圈中心作为磁信标坐标系的坐标原点，z轴与磁信标平面垂直，竖直指向正上方，x轴和y轴按照右手定则选取，建立磁信标坐标系，
在总传感器模块中，由于三个部分相互之间刚性连接组成一个整体且磁传感器的方向一致，因此三个传感器部分的坐标系方向一致，互相之间是平移的关系，取磁传感器的三轴方向作为传感器模块的坐标系方向；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏红伟，宋佳昕，李莉，马广程，安昊，
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