CN105928512A

CN105928512A - 一种基于地磁场的室内定位方法

Info

Publication number: CN105928512A
Application number: CN201610270482.1A
Authority: CN
Inventors: 楼喜中; 方俊; 孙宇
Original assignee: Hangzhou Xin Shengda Information Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Xin Shengda Information Technology Co Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2016-09-07

Abstract

本发明公开了一种基于地磁场的室内定位方法，包括以下步骤：S1，建立地磁场数据库；S2，通过惯性导航系统输出运动载体行走过程中的磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}和运动载体行走轨迹位置的有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}，然后根据每个相对位置与地磁数据库得出新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}，惯性导航系统将磁场强度有限点集合A＝{^a ₁,a₂,a₃…,a_p}与新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}进行计算出运动载体的整个轨迹豪斯多夫距离d_H(H_N,H’_N)；S3，惯性导航系统会根据豪斯多夫距离得出室内轨迹，最终通过惯性导航系统会通过室内轨迹遍历整个地磁场数据库得出其当前室内具体位置。本发明使得能够进行室内定位，定位的精确度更高，更加能够满足现代人们的需求。

Description

一种基于地磁场的室内定位方法

技术领域

本发明涉及地理导航技术领域，尤其涉及一种基于地磁场的室内定位方法。

背景技术

在如今的军事民生方面，导航技术俨然已经成为一种非常重要的技术，作为当前非常热门的技术之一，目前导航的手段较多，一般有无线电导航、天文导航、惯性导航和卫星导航，而现有的导航技术都存在缺陷：

无线电导航—无线电导航信号包括WLAN、GPS导航和雷达导航等，虽然克服了误差累积的问题，且具有精度高，但是布置成本高，同时在室内容易受到建筑物内部构造造成信号干扰，从而无法适合在室内进行导航。

天文导航和卫星导航—天文导航主要是利用对自然天体的测量来确定自身位置和航向的导航技术；卫星导航是指采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术，常见的GPS导航，北斗星导航等均为卫星导航，其天文导航和卫星导航主要是应用在航天器上，而在室内中其成本较高，导航容易受到建筑物的内部构造的影响，从而使得导航精度不够高。

惯性导航—惯性器件导航利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的，惯性器件导航是目前应用最广泛的技术，它具有自主性强，抵抗外界干扰能力强等特点，但是会随着时间增长产生累积误差的问题，其中惯性导航中应用较多的是地磁匹配的惯性导航，而地磁匹配的惯性导航一般用于导弹和飞机等载体在室外且广阔的范围内进行匹配计算，但是在室内进行导航很容易受到建筑物构造和金属物等障碍物会对磁场进行干扰，使得室内导航精度得不到保障，且现有的地磁数据库很难适应室内导航的需求，其花费的成本较高，无法适用现在发展需求。

总而言之，现有的导航技术一般都是使用在室外，而将这些室外导航技术使用在室内其精度不是很高，所以不能够准确的进行定位，从而无法帮助人们进行定位导航，无法达到使用需求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的提供了一种基于地磁场的室内定位方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种基于地磁场的室内定位方法，包括以下步骤：

步骤1，建立地磁场数据库，利用校准完成的惯性导航系统收集所要室内的数据，所述建立地磁场数据库具体步骤为：a，惯性导航系统中的高精度磁传感器在室内划分好的网格点交点处收集磁场数据；b，惯性导航系统在室内划分好的网格点交点处停留一段时间S，其停留一段时间S优先为5秒，再将惯性导航系统中的磁场强度值截取中间若干个，若干个的磁场强度值组成一个集合M，从而计算出集合M的均值M_a＝M/M_s，所述再将惯性导航系统中的磁场强度值截取中间若干个为5个，若干个的磁场强度值组成一个集合M，5个磁场强度值组成一个集合M具体表示为M＝{m₁,m₂,m₃,m₄,m₅}，其集合M的均值根据M_a＝M/M_s可以得到M_a＝M/5，若干个的磁场强度值组成一个集合M，M_s表示集合M的个数；c，惯性导航系统将得到集合M的均值M_a依次录入到磁场数据中的网格点交点中，从而完成自建立网格型的地磁场数据库，其地磁场数据库的单位规格是d_x×d_y，x和y分别是地磁数据库中网格的横坐标和纵坐标，d_x表示数据库中的横轴长度，d_y表示数据库中的纵轴长度，其中地磁场数据库中的网格的宽度是0.6米的间隔；

步骤2，通过惯性导航系统输出运动载体行走过程中的磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}和运动载体行走轨迹位置的有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}，磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}是通过惯性导航系统中的磁传感器输出的，且输出位置{X,Y}集合中每个点的数据均是相对于初始点E(0,0)位置，然后将初始点的位置设置为W(x,y)，根据初始点位置W(x,y)计算出运动载体行走轨迹位置与初始点位置W(x,y)的相对位置，然后根据每个相对位置与地磁数据库得出新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}，惯性导航系统将磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}与新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}进行计算,然后得出运动载体的整个轨迹豪斯多夫距离d_H(H_N,H_’N)，例如其中匹配区域中新磁场有限点集合B＝(b₁,b₂,b₃,…,b_p)中是由运动载体行走轨迹位置的有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}根据设置的初始点W(x,y)并按照公式{(X/0.6+x),(Y/0.6+y)}得到当前行走轨迹的网格点坐标，然后根据坐标在自建的地磁数据库中找出对应网格的磁场数据，由于每个网格都有4个数据，所以对这4个数据取平均值，最后输出得到点集B，有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}中的数据都是载体在行走过程中，惯性导航系统自动记录下的经过的区域的磁场强度，记录频率可以根据需要制定，从而惯性导航系统计算出运动载体的整个轨迹豪斯多夫d_H(H_N,H_’N)，其中每个轨迹点所在地磁场数据库的网格坐标中；

步骤3，惯性导航系统会根据豪斯多夫距离得出室内轨迹，其公式为：d_H(H_N,H_’N)＝mind_H(H_N,U)(H_’N∈U)，也就是U表示当前匹配区域,H_N表示点集合A，H_’N表示室内最佳匹配位置点的集合，最终通过惯性导航系统会通过室内轨迹遍历整个地磁场数据库得出其当前室内具体位置。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有克服现有室内定位方法中地磁场数据库中花费成本较高，使得能够进行室内定位，更加符合室内复杂的状况，也有利于避免了传统地磁匹配惯性定位中多点匹配中，点对点关系必须明确的缺点，使得精度更加准确，更加适合现代发展需求。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的其中一处楼层地磁数据库模型。

具体实施方式

本发明结合图1和图2作出如下具体的说明。

一种基于地磁场的室内定位方法，包括以下步骤：

步骤2，通过惯性导航系统输出运动载体行走过程中的磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}和运动载体行走轨迹位置的有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}，且输出位置{X,Y}集合中每个点的数据均是相对于初始点E(0,0)位置，然后将初始点的位置设置为W(x,y)，根据初始点位置W(x,y)和相对位置有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}计算出运动载体行走轨迹位置，然后根据每条轨迹位置与地磁数据库得出每条轨迹对应的新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}，惯性导航系统将磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}与新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}进行计算,然后得出运动载体的整个轨迹豪斯多夫距离d_H(H_N,H_’N)，例如其中匹配区域中新磁场有限点集合B＝(b₁,b₂,b₃,…,b_p)中是由运动载体行走轨迹位置的有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}根据设置的初始点W(x,y)并按照公式{(X/0.6+x),(Y/0.6+y)}得到当前行走轨迹的网格点坐标，然后根据坐标在自建的地磁数据库中找出对应网格的磁场数据，由于每个网格都有4个数据，所以对这4个数据取平均值，最后输出得到点集B，有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}中的数据都是载体在行走过程中，惯性导航系统自动记录下的经过的区域的磁场强度，记录频率可以根据需要制定，从而惯性导航系统计算出运动载体的整个轨迹d_H(H_N,H_’N)，其中每个轨迹点所在地磁场数据库的网格坐标中；

步骤3，惯性导航系统会根据豪斯多夫距离得出室内轨迹，其公式为：d_H(H_N,H_’N)＝mind_H(H_N,U)(H_’N∈U)，其中U表示点集合B，也就是U表示当前匹配区域，H_N表示点集合A，H_’N表示室内最佳匹配位置点的集合，最终通过惯性导航系统会通过室内轨迹遍历整个地磁场数据库得出其当前室内具体位置。

本发明具体举例实现对室内行走轨迹定位导航具体实施如下：在第一次仿真中，测试区域即为图1所示的室内，从室内建立的坐标系(3,1)出发沿室内走廊(东西走向)向东走，根据地磁场数据库取20个数据点长度的轨迹进行最终仿真，遍历整个建筑物楼层后输出距离测度：f₆＝1445.9，f₅＝2107.25，f₄＝1113.25，f₃＝1524.55，f₂＝2241.75，f₁＝1758.4，同时也对30、40、50个数据点轨迹仿真，其中根据地磁场数据库50个数据点长的轨迹仿真后：f₆＝4824.05，f₅＝13909.3，f₄＝16268.8，f₃＝8872.4，f₂＝11359，f₁＝9792.5，50个点能更好的区分楼层，同时轨迹定位结果起始点输出为(3,2)，上述仿真每组进行10次，共50次实验，可以发现采用50个点的匹配长度的序列就能够够输出误差范围内的定位位置，实验表明本发明方法能够根据自建的地磁场数据库和惯性输出模块输出信息，通过调整匹配数据序列的长度，可得到有效的匹配定位结果。

Claims

1.一种基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立地磁场数据库，利用校准完成的惯性导航系统收集所要室内的数据；

步骤2，通过惯性导航系统输出运动载体行走过程中的磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}和运动载体行走轨迹位置的有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}，且输出位置{X,Y}集合中每个点的数据均是相对于初始点E(0,0)位置，然后将初始点的位置设置为W(x,y)，根据初始点位置W(x,y)和相对位置有限点集合{X,Y}＝{(x₁,y₁)_,(x₂,y₂)_,(x₃,y₃),…,(x_p,y_p)}计算出运动载体行走轨迹位置，然后根据每条轨迹位置与地磁数据库得出每条轨迹对应的新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}，惯性导航系统将磁场强度有限点集合A＝{a₁,a₂,a₃…,a_p}与新地磁数据点集合B＝{b₁,b₂,b₃,…,b_p}进行豪斯多夫距离计算,得出豪斯多夫距离；

步骤3，惯性导航系统会根据豪斯多夫距离得出室内轨迹，其公式为：d_H(H_N,H’_N)＝mind_H(H_N,U)(H’_N∈U)，其中U表示当前匹配区域，H_N表示点集合A，H’_N表示室内最佳匹配位置点的集合，最终通过惯性导航系统会通过室内轨迹遍历整个地磁场数据库得出其当前室内具体位置。

2.如权利要求1所述的一种基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，所述建立地磁场数据库具体步骤为：a，惯性导航系统中的高精度磁传感器在室内划分好的网格点交点处收集磁场数据；b，惯性导航系统在室内划分好的网格点交点处停留一段时间S，再将惯性导航系统中的磁场强度值截取中间若干个，若干个的磁场强度值组成一个集合M，从而计算出集合M的均值M_a＝M/M_s，若干个的磁场强度值组成一个集合M，M_s表示集合M的个数；c，惯性导航系统将得到集合M的均值M_a依次录入到磁场数据中的网格点交点中，从而完成自建立网格型的地磁场数据库，其地磁场数据库的单位规格是d_x×d_y，x和y分别是地磁数据库中网格的横坐标和纵坐标，d_x表示数据库中的横轴长度，d_y表示数据库中的纵轴长度。

3.如权利要求2所述的一种基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，所述惯性导航系统在室内划分好的网格点交点处停留一段时间S优先为5秒。

4.如权利要求2所述的一种基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，所述再将惯性导航系统中的磁场强度值截取中间若干个为5个，若干个的磁场强度值组成一个集合M，5个磁场强度值组成一个集合M具体表示为M＝{m₁,m₂,m₃,m₄,m₅}，其集合M的均值根据M_a＝M/M_s可以得到M_a＝M/5。