CN109029455A - 一种室内导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内导航方法，属于室内导航领域，本发明该方法使用搭载惯性测量单元的的EMS模块，使用地磁传感器结合室内地磁场地图来消除惯性测量单元所产生的累积误差。由于移动设备内置的惯性导航模块测量精度通常不高，在连续导航过程中随着误差的不断累积，导致测量结果与设备实际位置偏移过大。而地磁导航的特性是无累积误差且随着导航的进行，移动设备收集到路径上的地磁信息，导航精度会逐步提高。

Description

一种室内导航方法

技术领域

本发明涉及室内导航技术，尤其涉及一种基于惯性导航和地磁定位的室内导航方法。

背景技术

室内定位是指在室内环境中实现定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，解决了卫星信号不能穿透建筑物的问题。而移动通信服务人均 80%的时间在室内完成， 80%移动电话使用和数据连接在室内使用，80%的信息都与时间和位置有关。随着室内活动的丰富，室内定位将为零售、制造、医疗、急救、物流、机器人等行业提供物联网能力和位置信息数据，成为物联网时代的重要基础。

近年来,随着互联网+服务的高速发展,人们对室内定位的需求日益迫切,作为LBS最后阶段研究的室内定位技术得到空前的重视,成为现阶段定位技术的研究热点,国内外企业及科研院所纷纷提出了自己的室内定位理论及方法，目前主流的室内定位方法有iBeacon、WiFi、微惯导和地磁定位。传统的惯性导航算法由于小型移动设备内置的惯性测量元件（陀螺仪、加速计）通常精度不高，因此在导航的过程中容易产生累积误差。而iBeacon（低功率蓝牙设备）和Wifi定位则需要预先在室内布置无线设备，成本较高。由于地球磁场穿过钢筋混凝土结构的建筑物时，原有磁场被建筑材料和金属结构扭曲，在室内形成了一种有规律的磁场，因此可以在不预先布置任何设备的情况下使用室内地磁场进行导航。但是室内磁场会受室内环境的改变而产生一定的变化，使导航结果产生漂移。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出了一种地磁定位与惯性导航相结合的HDMI高清音视频系统的室内导航方法。

本发明的技术方案是：

一种室内导航方法，使用惯性测量元件对移动设备的空间信息进行测量，同时结合地磁传感器对惯性测量所测得的空间参数进行修正，最后得到高精度的无偏测量结果。

惯性测量元件使用捷联式惯性导航方法，使用内置的陀螺仪和加速计测量设备角度的变化（dq）和速度的变化（dv）。根据惯性导航姿态算法求得设备的实时位置(Pa)。

在进行惯性测量的同时，使用地磁测量模块测量移动设备周围的地磁强度信息。根据测得的地磁强度信息使用指纹匹配算法，得到移动设备的位置信息（Pb）。其步骤包括：

1）首先使用地磁测量设备，收集室内的地磁强度信息，用于构建地磁定位的指纹数据库；

2）移动设备通过内置的地磁传感器，测量所处位置周围的地磁强度向量，同时计算地磁信息强度与在线地磁指纹数据库向量的余弦相似度；

3）将计算所得的余弦相似度按照由大到小的顺序进行排序，并从中选取N个相似度较大的参考点：

通过不同参考点的位置信息估算移动终端的位置坐标。

在设备开始导航时，使用地磁导航模块获取移动设备的初始位置信息，同时惯性导航模块测量设备的运动姿态，将移动设备的实时位置反馈给用户。每隔一定的时间，由地磁导航模块重新更新设备位置，同时惯性导航模块在此位置上重新进行导航定位。

地磁导航的特性是无累积误差且随着导航的进行，移动设备收集到路径上的地磁信息，导航精度会逐步提高。因此本发明通过这种惯性导航与地磁定位相结合的室内导航方法，构成组合导航系统，提升了室内导航的准确性。

具体实施方式

下面对本发明的内容进行更加详细的阐述：

该方法使用搭载惯性测量单元的的EMS模块，使用地磁传感器结合室内地磁场地图来消除惯性测量单元所产生的累积误差。由于移动设备内置的惯性导航模块测量精度通常不高，在连续导航过程中随着误差的不断累积，导致测量结果与设备实际位置偏移过大。而地磁导航的特性是无累积误差且随着导航的进行，移动设备收集到路径上的地磁信息，导航精度会逐步提高。

主要包括以下步骤：

1）使用地磁测量设备，收集室内地磁信息。其具体方法为：首先将室内区域划分为均匀的网格，每个网格的顶点作为一个地磁信息参考点。使用移动终端内置的地磁测量单元测量每一个参考点的地磁信号强度。为提高测量精度，每个参考点的地磁强度应测量多次并取多次测量结果的平均值作为该参考点的地磁强度。当所有参考点测量完毕后，将参考点的坐标信息以及对应的地磁强度信息组成地磁指纹信息，并录入服务端数据库。

2）由于地磁定位是向获取设备的相对位置，仅依靠地磁定位无法立刻获取设备初始位置，因此用户需要在定位前在室内行走5米以获取初始位置。当移动设备获取初始位置后，由惯性导航模块实时更新设备位置。

3）当设备移动一段距离后，对比惯性导航模块的位移与地磁定位模块位移差值，若差值在允许范围内，则认为该差值属于惯性模块的累积误差，此时以地磁定位的结果为初始值，重新进行导航定位。

4）若差值过大，则认为是由于地磁场受到干扰，抛弃此次地磁定位结果，行进一段距离后再对比两个模块的定位结果。

Claims (4)

1.一种室内导航方法，其特征在于，

使用惯性测量元件对移动设备的空间信息进行测量，同时结合地磁传感器对惯性测量所测得的空间参数进行修正，最后得到高精度的无偏测量结果，提高导航精度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，惯性测量元件使用捷联式惯性导航方法，使用内置的陀螺仪和加速计测量设备角度的变化（dq）和速度的变化（dv），根据惯性导航姿态算法求得设备的实时位置(Pa)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行惯性测量的同时，使用地磁测量模块测量移动设备周围的地磁强度信息，根据测得的地磁强度信息使用指纹匹配算法，得到移动设备的位置信息（Pb）,

其中包括以下步骤：

1）首先使用地磁测量设备，收集室内的地磁强度信息，用于构建地磁定位的指纹数据库；

2）移动设备通过内置的地磁传感器，测量所处位置周围的地磁强度向量，同时计算地磁信息强度与在线地磁指纹数据库向量的余弦相似度；

3）将计算所得的余弦相似度按照由大到小的顺序进行排序，并从中选取N个相似度较大的参考点；

4）通过不同参考点的位置信息估算移动终端的位置坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在设备开始导航时，使用地磁导航模块获取移动设备的初始位置信息，同时惯性导航模块测量设备的运动姿态，将移动设备的实时位置反馈给用户；每隔预定的时间，由地磁导航模块重新更新设备位置，同时惯性导航模块在此位置上重新进行导航定位。