CN103869350A - 基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法以及设备 - Google Patents

基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法以及设备 Download PDF

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CN103869350A
CN103869350A CN201410035810.0A CN201410035810A CN103869350A CN 103869350 A CN103869350 A CN 103869350A CN 201410035810 A CN201410035810 A CN 201410035810A CN 103869350 A CN103869350 A CN 103869350A
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张锐
梁旭文
杜爱民
李志勇
朱野
黄志伟
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids

Abstract

本发明提供一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，包括如下步骤：首先利用磁敏感设备获取使用者所处位置的磁场信号，采用时域、频域的方法对磁场信号进行分析，提取特征信息。其次将磁特征信息与高架桥、公路桥、隧道、城市道路等路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征。并将位置特征信息提供给卫星导航系统，作为辅助定位信息。本发明不需对现有的导航算法进行大的修改，方法简单有效，实现成本低，便于工程实现。

Description

基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法以及设备
技术领域
本发明属于导航技术领域，涉及一种城市复杂路况下，提高卫星导航定位精度的方法，尤其涉及一种城市复杂路况下的磁场测量方法及利用磁场测量提高卫星导航定位精度的方法。
背景技术
卫星导航系统是目前市场上常用的车载导航仪、手机导航仪、电子狗等设备的主要定位手段。它通过GPS、GLONASS和北斗导航卫星等提供的卫星导航信号，获得导航设备所在的经度、纬度，在配合电子地图确定导航设备的地理位置。GPS导航芯片已经广泛应用，北斗导航芯片也在逐步推广应用中。在大多数情况下，卫星导航系统能准确提供使用者的位置信息，但是卫星导航系统高度信息精度不足，在城市复杂路况使用中的导航设备无法准确分辨出使用者处于高架桥上方还是下方，导致导航设备常常出现错误的导航信息。
对此，迫切需要一种新的解决方法。
发明内容
基于上述现有技术中的技术缺陷，本发明的目的是提供一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法以及相应的导航定位设备。
根据本发明的一个方面，提供一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将通过磁敏感设备获取的使用者所处位置磁场信号进行频域或时域分析，提取所述磁场信号的特征信息；
步骤二、将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征信息，并将所述位置特征信息提供给导航系统，作为辅助定位信息；
步骤三、至少根据所述辅助定位信息，确定所述使用者所在位置。
优选地，所述磁敏感设备包括如下设备中的任一种或任多种：
-导航设备自带的磁敏感器；以及
-通过近场通信设备外接的磁敏感设备。
优选地，所述步骤一中至少采用数值滤波方法对采样得到的磁场信息进行数值预处理。
优选地，所述步骤一中至少采用如下方法中的任一种或任多种对所述磁场信号进行分析：
-时域分析方法；
-频域分析方法；以及
-多特征信息融合方法。
根据权利要求1至4中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，在所述步骤二中所述将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的步骤包括如下步骤：
i.至少N次执行将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的操作，并将每次匹配的结果作为一个单次特征匹配结果，其中N大于1；
ii.将上述连续N个单次特征匹配结果进行概率统计，并根据概率统计结果确定所述使用者所处位置特征信息。
优选地，所述导航系统包括如下设备中的任一种或任多种：
-内置磁敏感器的导航设备；以及
-外置磁敏感器的导航设备。
优选地，所述导航系统包括如下设备中的任一种或任多种：
-卫星导航仪；
-电子狗；
-行车记录仪；以及
-带电子罗盘具有导航功能的智能手机应用程序。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，包括：
第一处理装置，其用于将通过磁敏感设备获取的使用者所处位置磁场信号进行频域或时域分析，提取所述磁场信号的特征信息；
第二处理装置，其用于将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征信息，并将所述位置特征信息提供给导航系统，作为辅助定位信息；
第三处理装置，其用于至少根据所述辅助定位信息，确定所述使用者所在位置。
优选地，所述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备还包括一磁敏感设备，所述磁敏感设备至少与所述第一处理装置电连接并与所述第一处理装置通讯，其中，所述磁敏感设备包括如下设备中的任一种或任多种：
-内置磁敏感器；以及
-通过近场通信设备外接的磁敏感设备。
优选地，所述第一处理装置至少包括第一预处理装置，其用于通过数值滤波方法对采样得到的磁场信息进行数值预处理。
优选地，所述第一处理装置包括如下任一种或任多种子装置：
第一分析装置，其用于通过时域分析方法对所述磁场信号进行分析；
第二分析装置，其用于通过频域分析方法对所述磁场信号进行分析；以及
第三分析装置，其用于通过多特征信息融合方法对所述磁场信号进行分析。
优选地，所述第二处理装置至少包括如下子装置：
第一匹配装置，其用于至少N次执行将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的操作，并将每次匹配的结果作为一个单次特征匹配结果，其中N大于1；
第一统计装置，其用于将上述连续N个单次特征匹配结果进行概率统计，并根据概率统计结果确定所述使用者所处位置特征信息。
优选地，所述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备可以以如下任一种方式出现：
-卫星导航仪；
-电子狗；
-行车记录仪；
-带电子罗盘具有导航功能的智能手机应用程序。
优选地，针对上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，所述数值滤波方法至少包括如下方法中的任一种或任多种：
-中值滤波；
-巴特沃思滤波器；
-切比雪夫滤波器；以及
-FIR加窗滤波器。
优选地，针对上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，所述时域方法包括：对磁总量、单轴磁分量求均值、方差、标准差、分布测度、协方差、直方图统计方法，磁矢量的向量相似度分析方法中的任一种或任多种，所述频域方法包括：通过FFT、STFT等方法获得功率谱、幅度谱、相位谱，循环平稳谱特征分析中的任一种或任多种。
优选地，针对上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，所述道路类型至少包括高架桥、公路桥、隧道、城市道路中的任一种或任多种。
优选地，针对上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，在所述步骤二中或者所述第二处理装置中位置特征匹配方法中用到的磁场特征包括：磁总量，磁矢量三分量，磁总量、矢量的梯度，磁矢量的相似度，磁总量、矢量的幅度谱、相位谱，循环平稳谱特征分析中的任一种或任多种。
根据本发明的另一个方面，还提供一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将通过磁敏感设备获取的使用者所处位置磁场信号进行频域或时域分析，提取所述磁场信号的特征信息；
步骤二、将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征信息，并将所述位置特征信息提供给导航系统，作为辅助定位信息；
步骤三、至少根据所述辅助定位信息，确定所述使用者所在位置。
优选地，所述磁敏感设备包括如下设备中的任一种或任多种：
-导航设备自带的磁敏感器；以及
-通过近场通信设备外接的磁敏感设备。
优选地，所述步骤一中至少采用数值滤波方法对采样得到的磁场信息进行数值预处理。
优选地，所述数值滤波方法至少包括如下方法中的任一种或任多种：
-中值滤波；
-巴特沃思滤波器；
-切比雪夫滤波器；以及
-FIR加窗滤波器。
优选地，所述步骤一中至少采用如下方法中的任一种或任多种对所述磁场信号进行分析：
时域分析方法；
频域分析方法；以及
多特征信息融合方法。
优选地，所述时域方法包括：对磁总量、单轴磁分量求均值、方差、标准差、分布测度、协方差、直方图统计方法，磁矢量的向量相似度分析方法中的任一种或任多种，所述频域方法包括：通过FFT、STFT等方法获得功率谱、幅度谱、相位谱，循环平稳谱特征分析中的任一种或任多种。
优选地，所述步骤二中的道路类型至少包括高架桥、公路桥、隧道、城市道路中的任一种或任多种。
优选地，所述步骤二中位置特征匹配方法中用到的磁场特征包括：磁总量，磁矢量三分量，磁总量、矢量的梯度，磁矢量的相似度，磁总量、矢量的幅度谱、相位谱中的任一种或任多种。
优选地，在所述步骤二中所述将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的步骤包括如下步骤：
i.至少N次执行将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的操作，并将每次匹配的结果作为一个单次特征匹配结果，其中N大于1；
ii.将上述连续N个单次特征匹配结果进行概率统计，并根据概率统计结果确定所述使用者所处位置特征信息。
优选地，所述导航系统包括如下设备中的任一种或任多种：
内置磁敏感器的导航设备；以及
-外置磁敏感器的导航设备。
优选地，所述导航系统包括如下设备中的任一种或任多种：
-卫星导航仪；
-电子狗；
-行车记录仪；以及
-带电子罗盘具有导航功能的智能手机应用程序。
本发明不需对现有的导航算法进行大的修改，方法简单有效，实现成本低，便于工程实现。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1示出根据本发明的第一实施例的，一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法的流程图；
图2示出根据本发明的第一实施例的，基于时域分析方法的城市复杂路况卫星导航辅助定位系统信息处理流程示意图；
图3示出根据本发明的第一实施例的，基于频域分析方法的城市复杂路况卫星导航辅助定位系统信息处理流程示意图；
图4示出根据本发明的第一实施例的，对于在高架上所采集到的磁场信号经过处理后得到的正态分布统计图；
图5示出根据本发明的第一实施例的，对于在高架下所采集到的磁场信号经过处理后得到的正态分布统计图；
图6示出根据本发明的第一实施例的，对于在高架下所采集到的磁场信号经过处理后得到的正态分布统计图；
图7示出根据本发明的第二实施例的，对于在高架上所采集到的磁场信号经过处理后得到的幅度谱图；
图8示出根据本发明的第二实施例的，对于在高架下所采集到的磁场信号经过处理后得到的幅度谱图；以及
图9示出根据本发明的第二实施例的，对于在地面上所采集到的磁场信号经过处理后得到的幅度谱图。
具体实施方式
本领域技术人员理解，本发明所提供的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，主要是利用不同类型的道路具有不同的磁场信息，具体地，高架桥、公路桥、隧道等多采用钢筋混凝土建筑，而普通城市道路采用沥青浇注而成的事实，再进一步采用磁探测器获取磁场信息，车辆再通过数据分析的方法进一步确定车辆行驶在何种类型的道路上，从而来实现精度更好，效果更好的导航。
调研上海市高架可知，高架桥路面的钢筋混凝土结构中细钢筋的间隔约为15～20cm，引起强度较小弱(强度约为百nT的量级)、频率较高(典型时速60km/h，频率约为83～110Hz)的磁场畸变，桥墩处为桥面间隔处，以钢板作为接头，引起强度较强(强度约为千nT的量级)、频率较低(典型时速60km/h，频率为0.2Hz)的磁场畸变。当车辆遇到堵车情况时，典型时速5km/h，则细钢筋引起垂直于地面的磁场变化频率约为7～9Hz，强畸变约0.0167Hz。
在高架下，由于高架桥面距离车顶部高度大于5m，根据磁场估算公式，即使考虑高架桥细钢筋产生偶极子场，由高架桥带来的磁场变化值也为桥面上的10-2倍，而由于桥墩的存在，在水平方向上带来的磁场畸变较大，频率在0.0167Hz(车速为5km/h)到0.2Hz(车速为60km/h)
以下将结合附图对本发明做出进一步的解释。
具体地，图1示出根据本发明的第一实施例的，一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法的流程图。首先执行步骤S101，利用磁敏感设备获取使用者所处位置的磁场信号，通过对磁场信号进行分析，提取所述磁场信号特征信息。优选地，本领域技术人员理解，所述磁敏感设备对设备周围的磁场具有很好的敏感度，能够很好地检测到周围道路的磁场状况。进一步地，本领域技术人员理解，所述磁敏感设备既可以是导航设备自带的磁敏感器，也可以是通过USB、WIFI、蓝牙、NFC等近场通信设备外接磁敏感设备来实现，这并不影响本发明的实质内容。优选地，本领域技术人员理解，对于通过所述磁敏感器采集到的所述使用者所处位置的磁场信号，进而通过采用时域、频域的方法对所述采集到的磁场信号进行分析。优选地，本领域技术人员理解，信号的时域分析，是指直接在时间域内对系统动态过程进行研究的方法。信号的频域分析，是指采用傅立叶变换将时域信号变换为频域信号，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。优选地，本领域技术人员理解，通过对信号的时域以及频域分析，使得所采集到的磁场信号更具有一定的规律性，能够更好地方便不同道路状况的磁场信号的对比。进一步地，本领域技术人员理解，通过上述步骤对采集到的磁场信号的处理，能够很好地采集到所述磁场信号的特征信息。
其次进入步骤S102，将磁特征信息与各种道路类型的路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征，并将位置特征信息提供给卫星导航系统，作为辅助定位信息。优选地，本领域技术人员理解，所述的道路类型应包括高架桥、公路桥、隧道、城市道路等任一种或者任多种。进一步地，本领域技术人员理解，在进行磁特征进行匹配前，应该对高架桥、公路桥、隧道、城市道路等道路进行磁场信号进行采集并分析，建立一个包含有分析好的各种道路类型的磁特征的数据库。通过对设备使用者所处位置的磁场信号的分析，得到设备使用者所处位置的磁特征，进一步地，将得到的所述磁特征与已经建立好的包括有各种道路类型的磁特征数据库进行匹配，进而能够确定设备使用者所处位置的特征。进一步地，本领域技术人员理解，所述位置特征具体指设备使用者所行使在的道路的类型，具体为高架桥、公路桥、隧道或城市道路的任一种或多种，对于不同的道路类型，应该具有不同的磁场信号，因此对于不同的道路类型，会具有非常明显的区别性。通过采集到的使用者的道路磁场信号，对其进行匹配，能够判断处所采集到的磁场信号的来源即道路是何种类型。
单次匹配结果可能由于车速、环境等影响造成错判，因此，连续进行多次匹配，并将匹配结果进行概率统计，最终完成特征匹配。
最后执行步骤S103，在上述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法的基础上，确定使用者所在的位置。优选地，本领域技术人员理解，所述设计的导航设备，是在基于上述的通过对设备使用者所处位置的磁场信号的分析，以及对采集到的磁场信号进行信号分析得到磁特征的情况，并对所得到的磁特征进行匹配，确认设备使用者所处道路类型，进而设计出基于内置磁敏感器或者基于外置磁敏感器的导航设备。进一步地，本领域技术人员理解，使用者位置的确定通过导航设备来具体实现，进一步地，本领域技术人员理解，所述导航设备可以是卫星导航仪、电子狗、行车记录仪等各种类型设备中的任一种。进一步地，本领域技术人员理解，结合所述导航信号所采集到的经度、纬度和时间，以及通过所述步骤S102所得到的位置特征，可以确定设备使用者的具体位置。
综上所述，本领域技术人员理解，通过对所述道路的磁场信号进行采集分析，得到设备所在道路的磁特征，进一步地，将得到的磁特征与各种道路类型的磁特征进行分析，进而确定设备所在道路的道路类型，得到设备使用者的位置特征，进一步地，本领域技术人员理解，再结合导航系统所采集到的设备使用者所在的经度、纬度和时间，可以确定设备使用者的具体的位置信息。优选地，本领域技术人员理解，所述导航系统主要用来分辨设备使用者是行驶在高架上还是高架下，在没有通过对磁特征的采集分析，不确定道路类型的情况下，现有的导航系统智能确定经度和纬度，但由于现实路况的复杂，在确定的经度和纬度的情况下，无法分辨出设备使用者是处在高架上，还是高架下。通过所述导航系统，在确认了经度和纬度，再配合采集到的道路类型，便可以确定出设备使用者是行驶在高架上还是高架下，很大地提高了定位和导航的精度，更好地适应了现在的复杂路况。进一步地，即可在较高精度的经、纬度信息上简单有效的正确区分复杂道路的高度信息，提供准确的导航服务。
图2示出根据本发明的第一实施例的，内置磁敏感器的磁场信息处理流程图。本领域技术人员理解，通过100Hz的采样频率得到的磁场信息经过滑动窗中值滤波后；再进行归一化处理；然后对2s内得到的所有Z向磁场值通过正态分布拟合公式得到方差；接着将得到的方差与通过大量数据分析出的高架上、高架下、隧道、公路桥、城市路面等特征值比较，通过匹配得到明确的位置特征。
图3示出根据本发明的第二实施例的，外置磁敏感器的磁场信息处理流程图。本领域技术人员理解，通过100Hz的采样频率得到的磁场信息经过滑动窗中值滤波后；再进行归一化处理；然后对2s内得到的所有Z向磁场值通过快速傅里叶变换(FFT)得到频域信息；接着将得到的频域信息与通过大量数据分析出的高架上、高架下、隧道、公路桥、城市路面等特征值比较，通过匹配得到明确的位置特征。
进一步地，参考上述图1至图3所示实施例，本领域技术人员理解，在图1所示步骤二中所述将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的步骤包括如下步骤：
i.至少N次执行将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的操作，并将每次匹配的结果作为一个单次特征匹配结果，其中N大于1；
ii.将上述连续N个单次特征匹配结果进行概率统计，并根据概率统计结果确定所述使用者所处位置特征信息。
具体地，本领域技术人员理解，为了减小对磁特征信息匹配的误差，可以优选地做N次磁特征匹配，并根据多次匹配结果进行加权平均或者其他概率统计操作来确定一个最为匹配的、最为合理的磁特征，进而根据该磁特征确定所述使用者所处位置特征信息。本领域技术人员理解可以结合本发明技术方案进行不同的应用，这都在本发明的发明范围之内，并不影响本发明的技术内容。
图4示出根据本发明的第一实施例的，对于在高架上所采集到的磁场信号经过处理后得到的正态分布统计图。图5示出根据本发明的第一实施例的，对于在高架下所采集到的磁场信号经过处理后得到的正态分布统计图。图6示出根据本发明的第一实施例的，对于在高架下所采集到的磁场信号经过处理后得到的正态分布统计图。图7示出根据本发明的第二实施例的，对于在高架上所采集到的磁场信号经过处理后得到的频域图。图8示出根据本发明的第二实施例的，对于在高架下所采集到的磁场信号经过处理后得到的频域图。图9示出根据本发明的第二实施例的，对于在地面上所采集到的磁场信号经过处理后得到的频域图。
相应地，参考上述图5至图9，本领域技术人员理解，这些图例示出了各种相关的数据，在此不予赘述。
下面，结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一基于磁场信息时域分析的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法
本发明提出的基于磁场信息时域分析的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法的设计流程图如图2所示，具体实施方法如下：
步骤1、磁信号采样及预处理
将连续采样时间2s，采样频率为100Hz的磁矢量数据通过滑动窗口(窗口宽度为3个采样值)中值滤波去除野值，得到长度为200的磁矢量M数组；
再对磁矢量M进行归一化处理，得到归一化后的长度为200的磁矢量m数组：
m＝M/norm(M)
步骤2、磁场信号处理与特征匹配
将连续200个磁矢量中的Z向值取出，采用正态分布函数拟合：
[c，σ]＝normfit(mz)
Flag＝2；如果σ＞σ高架上
Flag＝1；如果σ高架上＞σ＞σ高架下
Flag＝0；如果σ高架下＞σ
再将连续10次结论进行概率统计，若概率大于0.7则给出准确的判断结果。
由于高架道路、路桥、隧道等均采用钢筋混凝土结构，其中的钢筋结构对周围磁场产生极大的畸变，因此可将磁场信息作为位置信息的典型辨识特征。由试车数据可见(如图4、图5和图6所示)，高架道路上(0.0416)、和高架道路下(0.0058)和地面道路(0.0004)的磁场z向正态分布拟合后的方差均有明显区别，可以作为高架桥面和地面道路的磁典型特征。
步骤3、为导航信息提供位置信息
如图2所示，将通过磁特征识别出的位置信号(如高架桥面、地面道路、隧道、公路桥等)直接输入电子地图匹配软件，即可在较高精度的经、纬度信息上简单有效的正确区分复杂道路的高度信息，提供准确的导航服务。
实施例二外置磁敏感器的卫星导航解决方案
本发明提出的基于磁场信息频域分析的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法的设计流程图如图3所示，具体实施方法如下：
步骤1、外置磁敏感器探头的信号采样及特征提取
将外置磁敏感器进行采样，例如优选地采样频率为100Hz，将连续2s中采样得到的数据通过滑动窗口(窗口宽度为3个采样值)中值滤波去除野值，得到长度为200的磁矢量M数组；
再对磁矢量M进行归一化处理，得到归一化后的长度为200的磁矢量m数组：
m＝M/norm(M)
将连续200个磁矢量中的Z向值取出，采用FFT进行频域分析：
MFFT＝FFT(mz)
再对5Hz以上的幅值求和，得到特征参数δ
Flag＝2；如果δ＞δ高架上
Flag＝1；如果δ高架上＞δ＞δ高架下
Flag＝0；如果δ高架下＞δ
再将连续10次结论进行概率统计，若概率大于0.7则给出准确的判断结果。
由试车数据可见，高架道路上(0.1055)、高架道路下(0.0142)和地面道路(6.4846e-004)的磁总量频域也有明显区别，可以作为高架桥面和地面道路的磁典型特征。根据特征匹配结果将位置信号通过USB、蓝牙、WIFI、NFC等方式传输给卫星导航仪等设备。
步骤2、为导航信息提供位置信息
如图2所示，修改现有的卫星导航中的电子地图匹配软件，引入由USB、蓝牙、WiFi、NFC等方式传输来的位置特征信号(如高架桥面、地面道路、隧道、公路桥等)，即可在较高精度的经、纬度信息上简单有效的正确区分复杂道路的高度信息，提供准确的导航服务。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (17)

1.一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将通过磁敏感设备获取的使用者所处位置磁场信号进行频域或时域分析，提取所述磁场信号的特征信息；
步骤二、将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征信息，并将所述位置特征信息提供给导航系统，作为辅助定位信息；
步骤三、至少根据所述辅助定位信息，确定所述使用者所在位置。
2.根据权利要求1所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，所述磁敏感设备包括如下设备中的任一种或任多种：
-导航设备自带的磁敏感器；以及
-通过近场通信设备外接的磁敏感设备。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，所述步骤一中至少采用数值滤波方法对采样得到的磁场信息进行数值预处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，所述步骤一中至少采用如下方法中的任一种或任多种对所述磁场信号进行分析：
-时域分析方法；
-频域分析方法；以及
-多特征信息融合方法。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，在所述步骤二中所述将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的步骤包括如下步骤：
i.至少N次执行将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的操作，并将每次匹配的结果作为一个单次特征匹配结果，其中N大于1；
ii.将上述连续N个单次特征匹配结果进行概率统计，并根据概率统计结果确定所述使用者所处位置特征信息。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或，其特征在于，所述导航系统包括如下设备中的任一种或任多种：
-内置磁敏感器的导航设备；以及
-外置磁敏感器的导航设备。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法，其特征在于，所述导航系统包括如下设备中的任一种或任多种：
-卫星导航仪；
-电子狗；
-行车记录仪；以及
-带电子罗盘具有导航功能的智能手机应用程序。
8.一种基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，包括：
第一处理装置，其用于将通过磁敏感设备获取的使用者所处位置磁场信号进行频域或时域分析，提取所述磁场信号的特征信息；
第二处理装置，其用于将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配，确定设备使用者所处位置特征信息，并将所述位置特征信息提供给导航系统，作为辅助定位信息；
第三处理装置，其用于至少根据所述辅助定位信息，确定所述使用者所在位置。
9.根据权利要求8所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，还包括一磁敏感设备，所述磁敏感设备至少与所述第一处理装置电连接并与所述第一处理装置通讯，其中，所述磁敏感设备包括如下设备中的任一种或任多种：
-内置磁敏感器；以及
-通过近场通信设备外接的磁敏感设备。
10.根据权利要求8或9所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述第一处理装置至少包括第一预处理装置，其用于通过数值滤波方法对采样得到的磁场信息进行数值预处理。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述第一处理装置包括如下任一种或任多种子装置：
-第一分析装置，其用于通过时域分析方法对所述磁场信号进行分析；
-第二分析装置，其用于通过频域分析方法对所述磁场信号进行分析；以及
-第三分析装置，其用于通过多特征信息融合方法对所述磁场信号进行分析。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述第二处理装置至少包括如下子装置：
第一匹配装置，其用于至少N次执行将所述磁场信号特征信息与一种或多种道路类型的路况的磁特征进行匹配的操作，并将每次匹配的结果作为一个单次特征匹配结果，其中N大于1；
第一统计装置，其用于将上述连续N个单次特征匹配结果进行概率统计，并根据概率统计结果确定所述使用者所处位置特征信息。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备可以以如下任一种方式出现：
-卫星导航仪；
-电子狗；
-行车记录仪。
14.根据权利要求3至7中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者根据权利要求10至13中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述数值滤波方法至少包括如下方法中的任一种或任多种：
-中值滤波；
-巴特沃思滤波器；
-切比雪夫滤波器；以及
-FIR加窗滤波器。
15.根据权利要求4至7中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者根据权利要求11至14中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述时域方法包括：对磁总量、单轴磁分量求均值、方差、标准差、分布测度、协方差、直方图统计方法，磁矢量的向量相似度分析方法中的任一种或任多种，所述频域方法包括：通过FFT、STFT等方法获得功率谱、幅度谱、相位谱中的任一种或任多种。
16.根据权利要求1至7中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者根据权利要求8至15中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，所述道路类型至少包括高架桥、公路桥、隧道、城市道路中的任一种或任多种。
17.根据权利要求1至7中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航辅助定位方法或者根据权利要求8至16中任一项所述的基于磁场信息的城市复杂路况卫星导航定位设备，其特征在于，在所述步骤二中或者所述第二处理装置中位置特征匹配方法中用到的磁场特征包括：磁总量，磁矢量三分量，磁总量、矢量的梯度，磁矢量的相似度，磁总量、矢量的幅度谱、相位谱中的任一种或任多种。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019154097A1 (zh) * 2018-02-08 2019-08-15 腾讯科技（深圳）有限公司 对地磁信息进行更新的方法、装置和系统
CN112230247A (zh) * 2020-09-25 2021-01-15 南京航空航天大学 一种用于城市复杂环境下gnss完好性监测方法
CN116930626A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 江苏省电子信息产品质量监督检验研究院(江苏省信息安全测评中心) 一种低频电磁场曝露监测系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009061058A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Thinkware Systems Corporation Map matching method using geomagnetic sensor and navigation system
US20120245885A1 (en) * 2011-03-25 2012-09-27 Sony Corporation Positioning device, positioning method, program, and recording medium
CN103175529A (zh) * 2013-03-01 2013-06-26 上海美迪索科电子科技有限公司 基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统
CN103363988A (zh) * 2013-07-24 2013-10-23 武汉诚迈科技有限公司 一种利用智能手机传感器实现地磁室内定位导航的方法
CN103454598A (zh) * 2012-05-29 2013-12-18 天津职业技术师范大学 带有定位功能的线性霍尔传感器节点模块

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009061058A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Thinkware Systems Corporation Map matching method using geomagnetic sensor and navigation system
US20120245885A1 (en) * 2011-03-25 2012-09-27 Sony Corporation Positioning device, positioning method, program, and recording medium
CN103454598A (zh) * 2012-05-29 2013-12-18 天津职业技术师范大学 带有定位功能的线性霍尔传感器节点模块
CN103175529A (zh) * 2013-03-01 2013-06-26 上海美迪索科电子科技有限公司 基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统
CN103363988A (zh) * 2013-07-24 2013-10-23 武汉诚迈科技有限公司 一种利用智能手机传感器实现地磁室内定位导航的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
谢仕民等: "地磁匹配导航关键技术浅析", 《飞航导弹》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019154097A1 (zh) * 2018-02-08 2019-08-15 腾讯科技（深圳）有限公司 对地磁信息进行更新的方法、装置和系统
US11194781B2 (en) 2018-02-08 2021-12-07 Tencent Technology (Shenzhen) Company Limited Method, apparatus and system for updating geomagnetic information
CN112230247A (zh) * 2020-09-25 2021-01-15 南京航空航天大学 一种用于城市复杂环境下gnss完好性监测方法
CN116930626A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 江苏省电子信息产品质量监督检验研究院(江苏省信息安全测评中心) 一种低频电磁场曝露监测系统及方法
CN116930626B (zh) * 2023-09-18 2023-12-05 江苏省电子信息产品质量监督检验研究院(江苏省信息安全测评中心) 一种低频电磁场曝露监测系统及方法

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