CN107607119A - 一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，包括：采集处理电路板、SD卡接口、电池和USB接口。所述无源组合定位装置灵敏度高，噪声低，动态范围大，数据传输稳定可靠、结构简单；采用地磁+IMU+地图的组合定位方法，定位稳定可靠，克服单独使用磁场信息无法获得定位装置的相对距离和航向信息的缺点，有效解决室内定位的问题，定位精度可达1～2m。

Description

一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其是一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置。

背景技术

随着更多新型移动设备比如手机、平板电脑、可穿戴设备等，物联网设备的性能飞速增长和基于位置感知的应用的激增，位置感知发挥了越来越重要的作用。在室内和室外的环境下，连续地可靠地提供位置信息可以为用户带来更好的用户体验。室外定位和基于位置的服务已经成熟，基于GPS和地图的位置服务被广泛应用。但卫星定位有其关键弊端：就是信号无法穿透建筑物实现室内定位。近年来，位置服务的相关技术和产业正向室内发展以提供无所不在的基于位置的服务，其主要推动力是室内位置服务所能带来的巨大的应用和商业潜能。

目前，应用比较多的室内定位技术包括蓝牙、WIFI、射频识别(RFID)、超宽带(UWB)、红外和超声波、Zigbee等。蓝牙定位技术数据传输不受视距的影响，但对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大；WIFI传输距离较短，功耗较高，受噪声信号干扰大；RFID 不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善；UWB定位技术功耗较高，同时该系统成本高；红外线只能视线传播，穿透性能极差，布局复杂，成本较高，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响；超声波在空气中的衰减较大，不适用于大型场合，反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高；Zigbee传输速率低，定位精度对算法要求较高。

基于蓝牙、WIFI、射频识别(RFID)、超宽带(UWB)、红外和超声波、 Zigbee等定位技术，均属于有源定位，需现场部署硬件设备，需对基站进行维护，系统布设和维护成本高，且大部分技术容易受遮挡和干扰影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，解决现有室内定位技术中需现场部署硬件设备，需对基站进行维护，系统布设和维护成本高，且大部分技术容易受遮挡和干扰影响等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，包括：采集处理电路板、存储卡接口7；所述采集处理电路板包括地磁采集器1、微型惯性测量组合2、信号处理器3、无线数据传输单元4；

所述微型惯性测量组合2将感应的三轴加速度信号和三轴角速度信号数字量化后输出到所述信号处理器3，所述地磁采集器1将感应的三轴磁场信号数字量化后输出到所述信号处理器3，所述存储卡接口7将存储有地磁基准图数据和数字地图数据的外接存储卡连接到所述信号处理器 3，所述信号处理器3根据输入的三轴加速度信号和三轴角速度信号进行 IMU定位，根据IMU定位结果、三轴地磁数据和地磁基准图数据进行地磁匹配定位，结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，得到组合定位结果，并通过所述无线数据传输单元4将组合定位的结果发送出去。

进一步地，所述地磁采集器1包括三轴磁传感器11、仪表放大器12 和模数转换器13，所述三轴磁传感器11用于感应测量环境中三轴磁场信号，并通过仪表放大器12完成差分到单端信号的转换，再经过模数转换器13转换成数字信号，送给所述信号处理器3。

进一步地，所述三轴磁传感器11采用了三个推挽式惠斯通全桥结构设计，每一轴惠斯通全桥提供差分电压输出，采用LGA封装形式，芯片采用隧道磁电阻技术。

进一步地，所述微型惯性测量组合2的工作模式由所述信号处理器3 配置，所述微型惯性测量组合2为一个集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的微型惯性测量组合芯片，芯片将加速度和角速度信息以数字方式输出，直接与所述信号处理器3连接。

进一步地，所述信号处理器3为ARM处理器。

进一步地，所述无线数据传输单元4包括无线数据传输模块41和天线接口42，所述无线数据传输模块41用于所述信号处理器3处理后数据的上传，所述天线接口42位于所述无线数据传输模块41上可通过馈线连接至外置天线。

进一步地，本实施例中所述线数据传输模块41采用Zigbee模块；所述Zigbee模块采用的是CC2530+RFX2401C架构。

进一步地，所述SD卡接口7为Micro SD卡提供卡槽，支持最大32GB， FAT32格式的SD卡，所述SD卡接口5将外接大容量SD卡连接到所述信号处理器3，用于存储地磁基准图数据、地图数据、采集数据、嵌入式程序和组合定位结果。

进一步地，所述采集处理电路板还包括时钟电路5和电源电路6；

所述时钟电路5用于提供所述信号处理器3和模数转换器13工作的时钟输出，并协调装置各组成部分工作；

所述电源电路6用于提供定位装置其他电路工作需要的各种电压，并保证载流能力，所述电源电路6连接所述电池8和所述USB接口9，可采用电池或USB接口两种供电方式为所述定位终端供电；

所述无源组合定位装置还包括电池8；所述电池8为可充电锂聚合物电池，容量为3000mAh，释放电流为1.5A，为整个定位装置提供电源，续航能力10小时；

所述USB接口9为Micro USB3.0接口，提供900mA的工作电流，用于为所述电源电路6提供输入电压。

一种应用于所述无源组合定位装置的组合定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、定位装置上电初始化，包括地磁传感器、微型惯性测量组合传感器的初始化和无线网络的初始化；

步骤S2、进行系统自检测与同步，完成定位装置接入、系统同步操作；

步骤S3、完成系统自检测与同步后，进行实时地磁数据、加速度和角速度的数据采集，并将采集的数据存储在大容量Micro SD卡中；

步骤S4、对采集的数据进行数据分析与处理；通过数据预处理，对陀螺仪和加速度计数据进行校正，对磁场数据进行校正，对干扰磁场进行识别分离；采用磁场+IMU+地图的组合定位导航方式进行定位解算，结合IMU定位的定位结果，进行地磁匹配定位，结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，得到组合定位结果。

步骤5、将所述定位结果通过无线数据传输单元(4)发送到上位机，并存储在大容量Micro SD卡中。

本发明有益效果如下：

本发明提出的一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：

1.使用的三轴磁传感器，灵敏度高，噪声低，动态范围大，有效保证了测量精度；

2.使用磁场+IMU+地图的组合定位导航方法，定位稳定可靠，克服单独使用磁场信息无法获得定位装置的相对距离和航向信息的缺点；

3.采用Zigbee技术，可组成大型的监测系统，且系统数据传输稳定可靠；

4.定位解算在定位装置内部完成，可实现实时定位，有效降低数据传输带宽，利于大规模系统网络的构建；

5.定位装置自带大容量存储设备，无需额外的地磁图存储设备，该设计也有利于实现数据的实时处理与分析，同时存储采集数据有利于数据和问题排查的追溯；

6.定位装置结构简单，装置本身无需任何螺钉，安装方便快捷；

7.定位装置为无源定位，在不需要增加任何附加硬件设备情况下有效解决室内定位的问题，定位精度可达1～2m。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为采集处理电路板原理框图；

图2为地磁采集器原理框图；

图3为定位装置的定位方法流程图。

图4为无源定位装置的整体结构示意图；

图5为无源定位装置的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置。

如图1所示，所述无源组合定位装置包括，采集处理电路板、SD卡接口7、电池8和USB接口9，所述采集处理电路板包括地磁采集器1、微型惯性测量组合2(MEMS)、信号处理器3、无线数据传输单元4、时钟电路5、电源电路6。

如图2所示，所述地磁采集器1包括三轴磁传感器11、仪表放大器 12和模数转换器13，所述三轴磁传感器11用于感应测量环境中三轴磁场信号，并通过仪表放大器12完成差分到单端信号的转换，再经过模数转换器13转换成数字信号，送给所述信号处理器3；所述模数转换器13 的工作模式由所述信号处理器3配置；

特别地，本实施例中的三轴磁传感器11采用了三个独特的推挽式惠斯通全桥结构设计，每一轴惠斯通全桥提供差分电压输出，并且该输出具有良好的温度稳定性，采用LGA封装形式，体积为5mm x 5mm x 2.5mm，有利于小型化设计，芯片采用隧道磁电阻(TMR)技术，灵敏度可达 25mV/V/Oe，本底噪声低于2nT/sqrt(Hz)@1Hz，具有极宽的动态范围，无需置位/复位脉冲电路，且具有极低的功耗。

所述微型惯性测量组合2(MEMS)用于感应三轴加速度信号和三轴角速度信号，将数字量化后的加速度数据和角速度数据通过串行总线传输至所述信号处理器3，特别地，所述微型惯性测量组合2的工作模式由所述信号处理器3配置；

特别地，本实施例中的MEMS是一个集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的微型惯性测量组合芯片，芯片可将加速度和角速度信息以数字方式输出，可直接与信号处理器连接，适合小型化、低成本、低功耗设计。加速度计量程可达±16g(g为重力加速度)，陀螺仪量程为±2000dps(度每秒)；加速度计灵敏度为0.122mg/LSB@±4g，8.75mdps/LSB@±245dps；加速度计零偏为±40mg，陀螺仪零偏为±3dps；加速度计噪声 90ug/sqrt(Hz)@±8g，陀螺仪噪声为3.8mdps/sqrt(Hz)；加速度计和陀螺仪的数据输出率(ODR)最高可达6.6KHz。

所述信号处理器3根据接收到的三轴地磁数据和三轴惯性数据，完成磁场、加速度和角速度的信息组合，实现定位终端位置的实时解算，并对模数转换器13和微型惯性测量组合2的工作进行配置；

特别地，本实施例中所述信号处理器为ARM处理器。

所述无线数据传输单元4包括无线数据传输模块41和天线接口42，所述无线数据传输模块41用于所述信号处理器3处理后数据的上传，所述天线接口42位于所述无线数据传输模块41上可通过馈线连接至外置 2.4GHz天线，提高定位装置的数据传输速率和质量；所述无线数据传输单元4还可以实现多个定位装置的无线组网，形成不同规模的定位系统；

特别地，本实施例中所述线数据传输模块41采用Zigbee模块；所述Zigbee模块采用的是CC2530+RFX2401C架构，采用开放频段，载频频率2.4GHz，灵敏度可达-106dBm(分贝毫瓦)，集成功率放大器，输出功率大于20dBm，空中传输速率高达250kbps，可视传输距离800米，功耗低，体积小，提供PCB板天线，IPEX天线连接座等多种天线连接方式，可方便嵌入到产品中。

所述SD卡接口7为Micro SD卡提供卡槽，支持最大32GB，FAT32 (File AllocationTable)格式的SD卡，所述SD卡接口5将外接大容量SD卡连接到所述所述信号处理器，用于存储基准地图数据和采集数据，便于实现实时的定位解算，也可用于存储嵌入式程序。

所述时钟电路5用于提供所述信号处理器3和模数转换器13工作的时钟输出，并协调装置各组成部分工作。

所述电源电路6用于提供定位装置其他电路工作需要的各种电压，并保证载流能力，所述电源电路6连接所述电池8和所述USB接口9，可采用电池或USB接口两种供电方式为所述定位终端供电；

本实施例中所述电池8为可充电锂聚合物电池，容量为3000mAh，尺寸约为62mm×44mm×9.5mm，释放电流为1.5A，为整个定位装置提供电源，续航能力可达10小时；

本实施例中所述USB接口为Micro USB3.0接口，可提供高达900mA 的工作电流，用于为电源电路提供输入电压，USB接口供电可使定位装置的使用极为便利。

所述定位装置在所述电池8或USB接口9供电下工作，所述采集处理电路板的微型惯性测量组合2(MEMS)采集包括所述三轴角速度测量值和三轴加速度测量值的定位装置的三轴惯性数据输入到所述信号处理器 3中；所述地磁采集器1采集所述定位装置当前位置的三轴地磁数据输入到所述信号处理器3中；所述SD卡接口7将存储有地磁基准图数据的外接大容量SD卡连接到所述信号处理器所述信号处理器3，所述信号处理器3根据输入的三轴惯性数据对定位装置进行IMU定位，根据IMU定位结果、输入的三轴地磁数据和地磁基准图数据进行组合定位，通过所述无线数据传输单元4将组合定位的结果发送出去。

一种应用于所述定位装置的组合定位方法，如图3所示，具体步骤如下：

步骤S1、定位装置上电初始化，完成传感器(地磁传感器、MEMS传感器)初始化和无线网络(ZigBee模块)初始化；

步骤S2、进行系统自检测与同步，完成定位装置接入、系统同步等操作；

步骤S3、完成系统自检测与同步后，进行实时数据采集，采集地磁传感器数据、加速度和角速度数据，并将采集的数据根据自定义数据格式进行数据存储，存储在大容量Micro SD卡中；

步骤S4、信号处理器对采集的数据进行数据分析与处理，采用磁场 +IMU+地图的组合定位导航方式，实时对磁场、加速度和角速度的信息进行组合解算，实现匹配定位算法。步骤4包括以下子步骤：

步骤S401、数据预处理，包括陀螺仪和加速度计数据校正、磁场数据校正、干扰磁场识别和分离。

所述陀螺仪和加速度计数据校正包括对陀螺仪和加速度计的零偏进行校正，通过校正，提高后续的惯导定位精度；磁场数据的校正包括磁场传感器的灵敏度和零点等误差进行校正；

干扰磁场的识别分离包括对来源于各种电气设备的一些高频信号和设备开关产生的台阶信号，针对这两类信号的识别以及分离包括以下步骤：

1)首先对采集到的磁场数据进行中值滤波，中值滤波窗口一般设置为1～2s的采样点数，经过中值滤波，能够有效消除电气设备产生的高频干扰，保留电气设备开关产生的台阶信号以及环境特征信号；

2)对滤波后的数据进行一阶差分，通过差分处理使台阶信号能够凸显出来；

3)通过设置相关的阈值进行检测，当高于该阈值时，可认为是台阶信号，依据经验，阈值设置为最近1s内测量数据一阶差分的均值+3倍标准差；

4)对检测得到的值用1s内测量数据一阶差分的均值代替，并进行积分还原，得到干扰分离后的地磁数据。

步骤S402、进行磁场+MEMS+地图的组合定位

1.利用校正后惯性数据进行惯导定位；所述定位方法定位过程包括：

1)对IMU的俯仰角、横滚角和航向角赋初值；

2)给俯仰角、横滚角和航向角赋初值后，进行基于四元数法的航位推算；

3)进行零速检测；当三轴陀螺仪连续在五个周期内数据的极差小于某个接近0的阈值时，判定定位终端处于零速状态，启动零速更新；

4)进行零速更新；如果当前定位终端处于零速，基于卡尔曼滤波器计算当前位置、速度、姿态误差，对位置和姿态进行纠正；

5)输出位置、速度和姿态信息；经过航位推算得出的载体的位置、速度和姿态信息输出用于地磁定位和定位结果的滤波处理；

6)对陀螺仪和加速度计参数修正条件进行判断；当累计超过特定数量的零速检测数据时，可启动陀螺仪和加速度计参数校正模块，所述特定数量范围为5～10；

7)对陀螺仪和加速度计的参数校正；在零速条件下，陀螺仪测量值的均值为陀螺仪的零偏；对一段时间积累的零速条件下的陀螺仪的测量值求取均值，作为陀螺仪新的零偏数据，对原来的陀螺仪零偏数据进行更新替换，重新计算当前陀螺仪的零偏；对加速度计的各轴零偏进行更新替换与陀螺仪的各轴零偏更新替换方法相同。

2.结合IMU定位的定位结果，通过地磁匹配进行地磁定位

系统重新启动后，第一次进行地磁匹配，即为首匹配。因为需要根据首匹配的结果修正IMU定位的初值，所以对首匹配定位结果的可靠性要求比较高，这里采用了对连续三次的匹配结果进行一致性判决的方法提高首匹配的可靠性；同时由于此时定位终端可能在区域内的任何位置，所以首匹配需要启动全局搜索模式，即在全局范围内搜索定位终端可能在的位置。搜索定位过程如下，在首匹配时，首先顺序测量三段长度均为L米的(L的经验值，3≤L≤10)磁场序列，在区域内进行全局搜索，通过绝对平均差匹配方法或积相关匹配方法，找到和实时磁场测量序列最相似的基准磁场序列所在的位置，记为PM1，PM2，PM3。在匹配相关计算时，如果是标量匹配模式则只对比总场强度的相似性；如果是矢量匹配模式，则对比三个分量的相似性，总的相关值为三个分量相关值的和。此时惯导IMU标记的位置是PA1，PA2，PA3。

对PM1，PM2，PM3三个位置进行一致性判决，如果三次地磁匹配位置连续，则证明地磁匹配可靠，系统进入连续匹配定位模式。

判决公式为判决条件为

|Dis1-Dis2|≤m&|Dis2-Dis3|≤m&|Dis3-Dis1|≤m，式中m是距离的判决门限，一般取1～3m。

如果满足判决门限，则根据采用的是绝对平均差匹配方法或积相关匹配方法，选择最小相关值或最大相关值的定位结果进行输出，然后进入连续匹配定位模式。如果不满足判决门限，则继续测量，直到满足判决条件为止。

连续匹配定位模式，每隔1s，进行一次匹配定位，和首匹配不同，这次不再采用全局搜索方法，以首匹配位置结合IMU的指示位置为中心，半径为R的范围内进行搜索定位，所述半径R为事先根据惯导的定位误差范围确定，以大于所述定位误差范围为基准；匹配方法可以选择绝对平均差匹配方法或积相关匹配方法等匹配相关算法，与首匹配选择的匹配定位方法相同。

对地磁匹配定位结果进行滤波，通过卡尔曼滤波算法，结合数字地图数据对定位终端载体的运动区域的限定对定位结果进行滤波，所述限定为定位终端载体只能在数字地图的道路上移动，而不可能在道路以外的墙壁、家具、设备等定位终端载体不可能出现的位置上移动；并修正 IMU参数，得到组合定位结果。

步骤5、将组合定位结果通过ZigBee模块发送到上位机。

本实施例的定位装置可用于便携式应用场景，使用简单，方便。

定位装置的结构如图4，在所述定位装置的的前面板上设置电源开关、USB3.0接口和SD卡槽，所述电源开关定位于外壳结构滑动槽中，并做防尘处理；所述USB3.0接口和SD卡槽设置有防尘软胶盖，过盈配合于外壳，方便拆卸；所述定位装置的的侧面板上设置有SMA外置天线接口，可接2.4GHz杆状天线。

本实施例定位装置的内部结构如图5所示，由电池、塑料扣板、采集处理电路板组成，所述电池4为可充电锂聚合物电池，容量为3000mAh，尺寸约为62mm×44mm×9.5mm，安装在塑料扣板上方，通过外壳定位筋定位电池，顶盖泡棉压紧电池，限制电池的自由度，防止电池晃动，电池通过电缆与采集处理电路板相连，塑料扣板5安装在外壳上，螺丝紧固，塑料扣板上有泡棉用于压紧Zigbee模块和天线馈线，提高装置工作的稳定性和可靠性；图中6为Zigbee模块，模块为采集处理电路板的无线发送模块，搭载于采集处理电路板的信号处理板上，通过天线馈线接到外置 2.4GHz天线；图中7为采集处理电路板，安装于外壳，螺丝紧固；顶盖与外壳通过卡扣连接，卡扣行程0.9mm。

为了保证磁场和MEMS的测量精度，整机应采用无磁材料设计，安装时应保证定位装置的平稳性和牢固性。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：

1.使用的三轴磁传感器，灵敏度高，噪声低，动态范围大，有效保证了测量精度；

2.使用磁场+IMU+地图的组合定位导航方法，定位稳定可靠，克服单独使用磁场信息无法获得定位装置的相对距离和航向信息的缺点；

3.采用Zigbee技术，可组成大型的监测系统，且系统数据传输稳定可靠；

4.定位解算在定位装置内部完成，可实现实时定位，有效降低数据传输带宽，利于大规模系统网络的构建；

5.定位装置自带大容量存储设备，无需额外的地磁图存储设备，该设计也有利于实现数据的实时处理与分析，同时存储采集数据有利于数据和问题排查的追溯；

6.定位装置结构简单，装置本身无需任何螺钉，安装方便快捷；

7.定位装置为无源定位，在不需要增加任何附加硬件设备情况下有效解决室内定位的问题，定位精度可达1～2m。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但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。

Claims (10)

1.一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，其特征在于，包括：采集处理电路板、存储卡接口(7)；所述采集处理电路板包括地磁采集器(1)、微型惯性测量组合(2)、信号处理器(3)、无线数据传输单元(4)；

所述微型惯性测量组合(2)将感应的三轴加速度信号和三轴角速度信号数字量化后输出到所述信号处理器(3)，所述地磁采集器(1)将感应的三轴磁场信号数字量化后输出到所述信号处理器(3)，所述存储卡接口(7)将存储有地磁基准图数据和数字地图数据的外接存储卡连接到所述信号处理器(3)，所述信号处理器(3)根据输入的三轴加速度信号和三轴角速度信号进行IMU定位，根据IMU定位结果、三轴地磁数据和地磁基准图数据进行地磁匹配定位，结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，得到组合定位结果，并通过所述无线数据传输单元(4)将组合定位的结果发送出去。

2.根据权利要求1所述的无源组合定位装置，其特征在于，所述地磁采集器(1)包括三轴磁传感器(11)、仪表放大器(12)和模数转换器(13)，所述三轴磁传感器(11)用于感应测量环境中三轴磁场信号，并通过仪表放大器(12)完成差分到单端信号的转换，再经过模数转换器(13)转换成数字信号，送给所述信号处理器(3)。

3.根据权利要求2所述的无源组合定位装置，其特征在于，所述三轴磁传感器(11)采用了三个推挽式惠斯通全桥结构设计，每一轴惠斯通全桥提供差分电压输出，采用LGA封装形式，芯片采用隧道磁电阻技术。

4.根据权利要求1所述的无源组合定位装置，其特征在于，所述微型惯性测量组合(2)的工作模式由所述信号处理器(3)配置，所述微型惯性测量组合(2)为一个集成三轴加速度计和三轴陀螺仪的微型惯性测量组合芯片，芯片将加速度和角速度信息以数字方式输出，直接与所述信号处理器(3)连接。

5.根据权利要求1所述的无源组合定位装置，其特征在于，所述信号处理器(3)为ARM处理器。

6.根据权利要求1所述的无源组合定位装置，其特征在于，所述无线数据传输单元(4)包括无线数据传输模块(41)和天线接口(42)，所述无线数据传输模块(41)用于所述信号处理器(3)处理后数据的上传，所述天线接口(42)位于所述无线数据传输模块(41)上可通过馈线连接至外置天线。

7.根据权利要求6所述的无源组合定位装置，其特征在于，本实施例中所述线数据传输模块(41)采用Zigbee模块；所述Zigbee模块采用的是CC2530+RFX2401C架构。

8.根据权利要求1所述的无源组合定位装置，其特征在于，所述SD卡接口(7)为MicroSD卡提供卡槽，支持最大32GB，FAT32格式的SD卡，所述SD卡接口(5)将外接大容量SD卡连接到所述信号处理器(3)，用于存储地磁基准图数据、地图数据、采集数据、嵌入式程序和组合定位结果。

9.根据权利要求1-8任一所述的无源组合定位装置，其特征在于，

所述采集处理电路板还包括时钟电路(5)和电源电路(6)；

所述时钟电路(5)用于提供所述信号处理器(3)和模数转换器(13)工作的时钟输出，并协调装置各组成部分工作；

所述电源电路(6)用于提供定位装置其他电路工作需要的各种电压，并保证载流能力，所述电源电路(6)连接所述电池(8)和所述USB接口(9)，可采用电池或USB接口两种供电方式为所述定位终端供电；

所述无源组合定位装置还包括电池(8)；所述电池(8)为可充电锂聚合物电池，容量为3000mAh，释放电流为1.5A，为整个定位装置提供电源，续航能力10小时；

所述USB接口(9)为Micro USB3.0接口，提供900mA的工作电流，用于为所述电源电路(6)提供输入电压。

10.一种应用于权利要求1-9所述定位装置的组合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、定位装置上电初始化，包括地磁传感器、微型惯性测量组合传感器的初始化和无线网络的初始化；

步骤S2、进行系统自检测与同步，完成定位装置接入、系统同步操作；

步骤S3、完成系统自检测与同步后，进行实时地磁数据、加速度和角速度的数据采集，并将采集的数据存储在大容量Micro SD卡中；

步骤S4、对采集的数据进行数据分析与处理；通过数据预处理，对陀螺仪和加速度计数据进行校正，对磁场数据进行校正，对干扰磁场进行识别分离；采用磁场+IMU+地图的组合定位导航方式进行定位解算，结合IMU定位的定位结果，进行地磁匹配定位，结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，得到组合定位结果。

步骤5、将所述定位结果通过无线数据传输单元(4)发送到上位机，并存储在大容量Micro SD卡中。