【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多源导航，特别涉及基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法、系统和设备。
技术介绍
1、多源导航数据融合定位技术基于信息融合，将来自不同导航源的同构或者异构的导航信息按照相应的融合算法进行融合，可以得到最佳的效果。相对于传统的单一导航源，多源融合导航可以充分利用每一个导航源的优势，能够有效解决单一传感器误差累积、稳定性差等缺点。地磁导航定位是多源导航数据融合定位技术体系中重要的技术手段之一，具有适用范围广、无误差积累、可全天时全天候工作等优点，为运动载体特别是在地下、室内、隧道、水下等卫星信号接收受限的场景中提供了一种无源被动的自主导航定位技术解决途径。在地磁导航中，主要是通过周围磁场信息进行辅助导航，磁场主要是由地磁场和周围磁性物体产生的异常磁场组成。其中，地磁场是由地球本身所产生的基本物理磁场，其强度会随着位置不同而改变。但是在存在磁场干扰或磁场异常明显的情况下，利用磁场航向角计算绝对航向角将变得不可靠，从而造成最终姿态角精度降低。此时磁场梯度变化形成独特的特征可用于磁场特征匹配定位。相较于磁场航向角，基于磁场图谱数据的匹配定位是一种绝对定位手段，且磁场变化越剧烈定位效果越好，且相对比较稳定，能够减少对周围的依赖，使整个系统具有自主、可靠、隐蔽和全天候的导航性能。
2、现有技术中关于磁场匹配采用相关极值匹配算法和基于tercom算法的磁场特征匹配方法。相关极值匹配算法包括地形轮廓匹配算法(tercom)、最近等值线迭代算法(iccp)等被广泛的应用于地形匹配和重力匹配领域，用于完成特征匹配和搜索。基于i
3、但是，tercom和iccp方法需要获取精度比较高的相对轨迹才能够实现精度较高的匹配结果，tercom算法虽然可以快速完成匹配度搜索，但是仅局限于平移搜索。iccp算法虽然考虑到旋转因素，能够完成平动搜索和旋转搜索，增加了对航向误差的适应能力，但是算法整体效率比较低，增加了计算复杂度。基于dtw的算法虽然解决了在无法提供准确的相对轨迹时的磁场匹配问题，但是算法的整体精度确无法保障。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出了基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法、系统和设备。实现快速有效地磁场匹配，提升整个磁场匹配的精度和可靠性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，包括以下步骤：
4、建立磁图谱数据库，通过遍历所述磁图谱数据库确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置；
5、实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境矩阵信息，将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析；
6、判断相关匹配结果是否满足预设条件，如果相关匹配结果不满足预设条件，则重新进行初始化；如果满足预设条件则更新最佳匹配点，根据最佳匹配点更新输出的硬件平台中心位置信息。
7、进一步的，所述磁图谱数据库为地理坐标信息和环境磁场信息之间的一一对应关系，用表示，其中表示地磁环境中的位置信息；
8、；
9、其中和分别表示在位置处水平面x轴和y轴的磁场分量信息，为垂直方向z轴的磁场分量信息。
10、进一步的，所述通过遍历所述磁图谱数据库确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置的过程为：
11、采集各个磁传感器输出数据，对各个磁传感器输出数据进行投影确定磁传感器在水平面的投影和磁传感器在垂直方向的投影；
12、利用磁传感器在水平面的投影和磁传感器在垂直方向的投影，基于欧氏距离准则确定匹配度最高的位置作为最佳匹配点。
13、进一步的，所述磁传感器在水平面的投影和磁传感器在垂直方向的投影表示为：
14、；
15、其中，为当前磁传感器测量输出的磁场信息；和表示第行列的磁传感器分别在x轴、y轴和z轴方向测量到的磁场信息；φ为硬件平台的横滚角；θ为硬件平台的俯仰角；和表示第行列的磁传感器磁场信息分别在x轴和y轴构建的水平面的投影；表示第行列的磁传感器磁场信息在垂直方向的投影，记；
16、基于欧氏距离准则确定匹配度最高的位置作为最佳匹配点具体表示为：
17、；
18、其中，表示与的一种欧式距离范数；表示磁传感器平台中磁传感器的行数；n表示磁传感器平台中磁传感器的列数；表示磁传感器平台中列方向磁传感器的距离；表示磁传感器平台中行方向磁传感器的距离；表示方位角信息；表示磁传感器平台搜索到的最佳匹配点位置信息和方位角信息。
19、进一步的，所述实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境矩阵信息，将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析的过程包括：采用互相关算法将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析，具体为：
20、
21、其中，为磁场矩阵系列在x轴方向的偏移量；为磁场矩阵系列在y轴方向的偏移量；表示匹配相关的最优方位角信息。
22、进一步的，所述相关匹配结果时，表示微相关；
23、所述相关匹配结果时，表示低相关；
24、所述相关匹配结果时，表示显著相关；
25、所述相关匹配结果时，表示高度相关；其中大于；第三阈值大于第二阈值；第二阈值大于第一阈值。
26、进一步的，所述判断相关匹配结果是否满足预设条件的过程为：当相关匹配结果小于第三阈值时，则重新进行初始化；否则更新最佳匹配点，重新定位硬件平台中心位置信息。
27、进一步的，更新最佳匹配点的过程包括：
28、更新后最佳匹配点位置为：
29、；
30、其中，和表示更新后最佳匹配点位置；
31、重新定位硬件平台中心位置为：
32、；
33、其中，表示硬件平台中心位置的横坐标；表示硬件平台中心位置的纵坐标。
34、本专利技术还提出了基于多磁传感器联合进行磁场匹配的系统，包括：初始化模块、相关分析模块和匹配模块；
35、所述初始化模块用于建立磁图谱数据库，通过遍历所述磁图谱数据库确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置；
36、所述相关分析模块用于实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境矩阵信息，将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析；
37、所述匹配模块用于判断相关匹配结果是否满足预设条件，如果相关匹配结果不满足预设条本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述磁图谱数据库为地理坐标信息和环境磁场信息之间的一一对应关系，用表示，其中表示地磁环境中的位置信息；
3.根据权利要求1所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述通过遍历所述磁图谱数据库确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置的过程为：
4.根据权利要求3所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述磁传感器在水平面的投影和磁传感器在垂直方向的投影表示为：
5.根据权利要求4所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境矩阵信息，将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析的过程包括：采用互相关算法将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，
7.根据权利要求6所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述判断相关匹配结果是否满足预设条件的过程为：当相关匹配结果小于第三阈值时，则重新进行初始化；否则更新最佳匹配点，重新定位硬件平台中心位置信息。
8.根据权利要求5所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，更新最佳匹配点的过程包括：
9.基于多磁传感器联合进行磁场匹配的系统，其特征在于，包括：初始化模块、相关分析模块和匹配模块；
10.基于多磁传感器联合进行磁场匹配的设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现权利要求1至8任一项所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法。
...【技术特征摘要】
1.基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述磁图谱数据库为地理坐标信息和环境磁场信息之间的一一对应关系，用表示，其中表示地磁环境中的位置信息；
3.根据权利要求1所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述通过遍历所述磁图谱数据库确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置的过程为：
4.根据权利要求3所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述磁传感器在水平面的投影和磁传感器在垂直方向的投影表示为：
5.根据权利要求4所述的基于多磁传感器联合进行磁场匹配的方法，其特征在于，所述实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境矩阵信息，将磁场矩阵信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据库进行相关匹配分析的过程包括：采用互相关算法将磁场矩阵信息与最佳匹...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健，陈雪梅，张宝庭，杨东清，刘晓慧，
申请(专利权)人：北京理工大学前沿技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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