利用磁场传感器进行的导航制造技术

本发明专利技术提供了用于利用磁场传感器进行导航的系统和方法。例如，系统包括测量磁梯度的磁梯度传感器。该系统还包括提供惯性测量的一个或多个惯性传感器。另外，该系统包括测量磁场的磁场传感器。此外，该系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器执行计算机可读指令，该计算机可读指令引导该一个或多个处理器基于所测量的磁梯度和来自该惯性测量的速度估计来估计磁场。该计算机可读指令还引导该一个或多个处理器使用来自该磁场传感器的附加磁场测量来计算该磁场和其他导航参数的误差。磁场测量来计算该磁场和其他导航参数的误差。磁场测量来计算该磁场和其他导航参数的误差。

【技术实现步骤摘要】
利用磁场传感器进行的导航
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年1月6日提交的名称为“Navigation with magnetometer and magnetic gradient sensor(利用磁力计和磁梯度传感器进行的导航)”的美国临时专利申请序列号63/134,443的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

技术介绍

[0003]许多交通工具依赖于导航系统来提供导航解决方案。这些导航解决方案可以描述移动交通工具的位置、速度和定向。因此，交通工具导航系统配备有提供导航系统用来计算导航解决方案的信息的各种传感器。一个传感器或信息源包括接收来自全球导航卫星系统(GNSS)的信号的接收器。然而，交通工具可以处于具有有限GNSS测量可用性的环境中。另外，导航系统可以从恶意源接收旨在干扰或欺骗真实GNSS信号的信号。当GNSS测量不可用或不可靠时，导航系统经常使用来自其他导航信息源的测量来确定导航解决方案。这些来源包括惯性测量单元、高度计、速度计以及导航信息的其他来源。尽管附加来源提供了益处，但是其他导航信息源也受到各种缺点的影响。

技术实现思路

[0004]提供了用于利用磁场传感器进行导航的系统和方法。例如，系统包括测量磁梯度的磁梯度传感器。系统还包括提供惯性测量的一个或多个惯性传感器。另外，系统包括测量磁场的磁场传感器。此外，系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器执行计算机可读指令，该计算机可读指令引导一个或多个处理器基于所测量的磁梯度和来自惯性测量的速度估计来估计磁场。计算机可读指令还引导一个或多个处理器使用来自磁场传感器的附加磁场测量来计算磁场和其他导航参数的误差。
附图说明
[0005]附图附随本说明书并且仅描绘了与所附权利要求书相关联的一些实施方案。因此，所描述和所描绘的实施方案不应被认为是对范围的限制。附图和说明书以附加的特征和细节描述了示例性实施方案及其特征，附图中：
[0006]图1是示出根据本公开的一方面的用于利用磁力计和磁梯度传感器执行导航的示例性系统的框图；
[0007]图2是示出根据本公开的一方面的用于提供导航信息的多个磁力计的框图；
[0008]图3是示出根据本公开的一方面的使用磁场和梯度测量来计算导航解决方案的示例性具体实施的框图；并且
[0009]图4是示出根据本公开的一方面的用于利用磁力计和磁梯度传感器执行导航的示例性方法的流程图。
[0010]根据惯例，所描述的各种特征未必按比例绘制，而是用于强调与示例实施方案相关的特定特征。
具体实施方式
[0011]在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示方式示出了特定的例示性实施方案。然而，应当理解可能利用其他实施方案，并且可能进行逻辑、机械和电气更改。
[0012]本说明书描述了使用由磁力计和磁梯度传感器提供的测量来提供导航的实施方案。例如，本文描述的导航系统包括磁梯度传感器，该磁梯度传感器周期性地测量特定区域上的磁梯度。这些导航系统可包括磁力计，该磁力计是用于测量磁场的磁梯度传感器的一部分或与其分离。另外，导航系统可以基于测量的磁梯度、估计的速度和测量的初始磁场来估计局部磁场。然后，然后，导航系统进行磁场的附加测量以更新估计的局部磁场。如下所述，用测量的磁场更新估计的局部磁场减少了位置漂移并且用作速度误差的边界。
[0013]磁异常辅助导航是GNSS拒绝和GNSS竞争环境中的有前景的导航技术。通常，磁异常辅助导航通过比较磁异常地图中的信息与导航系统的环境的磁场测量来获取导航信息。测量与地图的比较可以提供包括位置和速度估计的导航信息。然而，由于制作地图所需的资源，制作磁异常地图是困难的。由于难以制作磁异常地图，因此很少有具有足够分辨率的磁异常地图可用于导航。另外，磁异常地图可能包括误解或模糊误差，增加了在导航算法中使用来自磁异常地图的信息的难度。
[0014]在某些实施方案中，导航系统可使用磁梯度和磁场测量来获取导航信息而不依赖于磁异常地图。此外，导航系统可以结合惯性传感器数据使用磁梯度和场测量。例如，导航系统使用惯性传感器数据和磁梯度测量来计算包括磁场估计的一组导航状态。在一些具体实施中，导航系统基于磁梯度测量和速度估计来估计磁场的变化。然后，导航系统执行滤波器，该滤波器接收磁场测量和估计的磁场作为输入。利用磁场测量，滤波器可以更新磁场的状态。由于基于速度估计来计算磁场估计，因此磁场的更新状态也用作速度误差的边界并减少位置漂移。
[0015]图1是在计算导航解决方案时使用磁梯度和磁场测量的导航系统100的框图。导航系统100可被安装到交通工具以提供捷联导航。交通工具可以是飞机、海轮、航天器、火车、汽车或其他类型的交通工具和交通工具的组合。另选地，导航系统100可以在可移动物体(诸如电话、个人电子器件、陆地勘测设备、或能够从一个位置移动到另一个位置或者被从一个位置移动到另一个位置的其他物体)上或形成其一部分。附加地，导航系统100可从一个或多个不同的来源获取导航信息。为了处理来自各种来源的导航信息，导航系统100可包括导航计算机101。导航计算机101包括至少一个处理器103和至少一个存储器存储设备105。
[0016]在某些实施方案中，导航系统100可以获取包括惯性运动信息的导航信息。导航系统100可以包括向导航计算机101提供惯性运动信息的导航传感器113。导航传感器113感测并测量安装到导航系统100的物体的惯性运动。例如，导航传感器113可以包括测量旋转的陀螺仪和测量加速度的加速度计。此外，导航传感器113可以是从陀螺仪和加速度计的组合接收原始惯性数据并计算惯性导航解决方案的惯性导航系统(INS)。然后，INS向导航计算机101提供惯性导航解决方案。另选地，导航传感器113可以向导航计算机101提供原始惯性数据以进行进一步处理。
[0017]在另外的实施方案中，导航系统100包括向导航计算机101提供数据的附加传感
器，其中导航计算机101使用附加数据来增强计算的导航解决方案。例如，导航系统100包括一个或多个辅助传感器111。一个或多个辅助传感器111可以包括竖直位置传感器，诸如高度计。另外，一个或多个辅助传感器111可以包括电光传感器、气压传感器、速度计和其他类型的传感器。
[0018]在某些实施方案中，导航系统100可以在计算导航信息时使用GNSS测量。为此，导航系统100可以包括耦合到相关联天线117的GNSS接收器115。GNSS接收器115从多个GNSS卫星接收可通过相关联天线117观察到的卫星信号。GNSS接收器115基于所接收的信号向导航计算机101提供GNSS测量，其中导航计算机101使用GNSS测量来计算位置信息。然而，由于GNSS测量依赖于从外部来源接收信号，当导航系统100处于GNSS拒绝或GNSS竞争环境中时，GNSS测量可能不可用。
[0019]当导航系统100无法接收GNSS测量时，导航系统100使用导航传感器113和辅助传感器111本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，所述系统包括：磁梯度传感器，所述磁梯度传感器测量磁梯度；一个或多个惯性传感器，所述一个或多个惯性传感器提供惯性测量；磁场传感器，所述磁场传感器测量磁场；和一个或多个处理器，所述一个或多个处理器执行计算机可读指令，所述计算机可读指令引导所述一个或多个处理器：基于所测量的磁梯度和来自所述惯性测量的速度估计来估计磁场；以及使用来自所述磁场传感器的附加磁场测量来计算所述磁场和其...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：