CN107490802A - 一种基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统 - Google Patents

一种基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统，其中所述的方法包括：通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量；根据所述磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与所述磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定所述磁传感器的位置信息。本发明针对室内、地下等环境GPS信号不可用时，仍能保证稳定且高精度的定位定向服务，具有定位精度高、穿透性好、不受恶劣天气条件和昼夜变化的直接影响等特点。

Description

一种基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及一种基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统，属于定位定向技术领域。
背景技术
在本领域的现有技术中，空间定位方法通常包括GPS定位、WiFi定位、ZigBee定位、蓝牙定位等。
其中，GPS定位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。但通过GPS定位需要终端内置卫星信号接收模块，并且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，定位精度将明显降低。
WiFi定位主要应用于室内场所，通过无线保真技术对人或物体进行精细准确的定位，但功耗较大且受服务范围限制，并且没有方向、速度等数据，无法实现导航功能。ZigBee定位主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，但只能专网专用，无法适用于传输速率较高的应用。蓝牙定位是基于RSSI原理，采用该原理和技术是可以满足室内短距离定位需求，精度比较高，但在复杂空间环境中的稳定性较差并且易受噪声干扰。
发明内容
本发明提出了一种基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统，以避免在环境因素影响下GPS信号易被干扰的问题，为此本发明采用如下的技术方案：
一种基于多磁信标的空间定位方法，包括；
通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量；
根据所述磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与所述磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定所述磁传感器的位置信息。
一种基于多磁信标的空间定位装置，包括：
磁感应强度确定模块，用于通过预定磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量；
位置信息确定模块，用于根据所述磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与所述磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定所述磁传感器的位置信息。
一种基于多磁信标的空间定位系统，包括基于多磁信标的空间定位装置以及三个磁信标，每个所述磁信标包括预定面积的框架及绕制在所述框架上的预定匝数的磁线圈。
本发明所述的基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处磁感应强度的三个方向矢量分量，并通过磁感应强度在空间直角坐标系中的位置和磁感应强度的矢量分量之间的关系确定磁传感器的位置信息，针对室内、地下等环境GPS信号不可用时，仍能保证稳定且高精度的定位定向服务，具有定位精度高、穿透性好、不受恶劣天气条件和昼夜变化的直接影响等特点。
附图说明
图1为本发明所述的基于多磁信标的空间定位方法的流程示意图。
图2为本发明所述的基于多磁信标的空间定位装置的结构示意图。
图3为实施例一提供的基于多磁信标的空间定位方法的流程示意图。
图4为实施例一中的磁信标位置摆放示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1所示，本具体实施方式提供了一种基于多磁信标的空间定位方法，该方法包括：
步骤11，通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量。
在该步骤中，可将三个磁信标分别设置在目标位置，并将电流已知且频率不同的三组正弦信号分别加在该磁信标的线圈上，然后再将该磁传感器设置在该目标位置，最后设定三个磁信标在该空间直角坐标系中的位置和输出频率。
可选的，在每个磁信标的位置设置一组锁相放大器，并将每组锁相放大器的频率调谐为与对应的磁信标的正弦信号的频率相同。
步骤12，根据磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定磁传感器的位置信息。
结合图2所示，本具体实施方式还提供了一种基于多磁信标的空间定位装置，该装置包括：
磁感应强度确定模块21，用于通过预定磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量；
位置信息确定模块22，用于根据所述磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与所述磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定所述磁传感器的位置信息。
可选的，在磁感应强度确定模块21中包括设定子模块，改设定子模块用于设定三个所述磁信标在所述空间直角坐标系中的位置和输出频率。
可选的，在磁感应强度确定模块21中还包括正弦信号加载子模块，改正弦信号加载子模块用于将电流已知且频率不同的三组正弦信号分别加在磁信标的线圈上。
本具体实施方式还提供了一种基于多磁信标的空间定位系统，该系统包括如图2所示的基于多磁信标的空间定位装置以及三个磁信标，每个磁信标包括预定面积的框架及绕制在该框架上的预定匝数的磁线圈。
可选的，所述系统还包括三组锁相放大器，每组锁相放大器的频率调谐到与一个磁信标上的正弦信号的频率相同。
下面通过具体的实施例对本具体实施方式提出的基于多磁信标的空间定位方法进行详细说明。
实施例一
结合图3所示，本实施例提供的基于多磁信标的空间定位方法包括：
步骤31，制作三个磁信标。
采用面积S已知的正方形木质框架(不含铁质材料连接)，绕制以匝数N已知的铜线圈，然后将三个信标安装在空间内的目标位置作为信号源，并将大小I已知且频率不同的三组正弦信号加在磁信标的线圈上，并在目标位置处安装磁传感器。此时磁信标产生的磁力矩M为：
M＝A·N·I
则有：磁信标1产生的磁力矩为M1，磁信标2产生的磁力矩为M2，磁信标3产生的磁力矩为M3。
步骤32，设定三个磁信标在空间直角坐标系中的位置和输出频率。
结合图4所示，磁信标1放置在坐标系原点，输入正弦电流信号的频率为f1；磁信标2放置在(0,0,Rz)处，输入正弦电流信号的频率为f2；磁信标3放置在(0,Ry,0)处，输入正弦电流信号的频率为f3。
步骤33，为了区分这三个具有单独频率的磁信标而使用锁相放大器。
对于三个磁信标的情况，需要九个锁相放大器。首先将设置在磁信标1处的三个锁相放大器的频率调谐到f1，将设置在磁信标2处的三个锁相放大器的频率调谐到f2，最后将设置在磁信标3处的三个锁相放大器的频率调谐到f3。通过磁传感器接收到的磁感应信号，经过锁相放大器的处理，分别得到三个磁信标对应的磁感应强度分量，其中B1x为磁信标1对应的磁感应强度x轴分量，B1y为磁信标1对应的磁感应强度y轴分量，B1z为磁信标1对应的磁感应强度z轴分量；B2x为磁信标2对应的磁感应强度x轴分量，B2y为磁信标2对应的磁感应强度y轴分量，B2z为磁信标2对应的磁感应强度z轴分量，B3x为磁信标3对应的磁感应强度x轴分量，B3y为磁信标3对应的磁感应强度y轴分量，B3z为磁信标3对应的磁感应强度z轴分量。
步骤34，确定磁传感器的位置信息。
根据B1x、B1y、B1z、B2x、B2y、B2z、B3x、B3y和B3z确定磁传感器的位置信息。
其中，确定磁传感器的位置信息的计算公式可以为：
采用本具体实施方式提出的基于多磁信标的空间定位方法、装置及系统，通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处磁感应强度的三个方向矢量分量，并通过磁感应强度在空间直角坐标系中的位置和磁感应强度的矢量分量之间的关系确定磁传感器的位置信息，针对室内、地下等环境GPS信号不可用时，仍能保证稳定且高精度的定位定向服务，具有定位精度高、穿透性好、不受恶劣天气条件和昼夜变化的直接影响等特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于多磁信标的空间定位方法，其特征在于，包括；
通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量；
根据所述磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与所述磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定所述磁传感器的位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量的步骤包括：
将所述三个磁信标分别设置在所述目标位置，并将电流已知且频率不同的三组正弦信号分别加在所述磁信标的线圈上；
将所述磁传感器设置在所述目标位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量的步骤还包括：
设定三个所述磁信标在所述空间直角坐标系中的位置和输出频率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量的步骤还包括：
在每个磁信标的位置设置一组锁相放大器，并将每组所述锁相放大器的频率调谐为与对应的磁信标的正弦信号的频率相同。
5.一种基于多磁信标的空间定位装置，其特征在于，包括：
磁感应强度确定模块，用于通过磁传感器的实时测量数据分别确定三个磁信标在目标位置处的磁感应强度的三个方向的矢量分量；
位置信息确定模块，用于根据所述磁感应强度在空间直角坐标系中的位置与所述磁感应强度的三个方向的矢量分量之间的关系确定所述磁传感器的位置信息。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述磁感应强度确定模块中包括设定子模块，所述设定子模块用于设定三个所述磁信标在所述空间直角坐标系中的位置和输出频率。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述磁感应强度确定模块中还包括正弦信号加载子模块，所述正弦信号加载子模块用于将电流已知且频率不同的三组正弦信号分别加在所述磁信标的线圈上。
8.一种基于多磁信标的空间定位系统，其特征在于，包括权利要求5至7任意一项所述的基于多磁信标的空间定位装置以及三个磁信标，每个所述磁信标包括预定面积的框架及绕制在所述框架上的预定匝数的磁线圈。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括三组锁相放大器，每组所述锁相放大器的频率调谐到与一个所述磁信标上的正弦信号的频率相同。
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