CN111561924A - 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法 - Google Patents

一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111561924A
CN111561924A CN202010436464.2A CN202010436464A CN111561924A CN 111561924 A CN111561924 A CN 111561924A CN 202010436464 A CN202010436464 A CN 202010436464A CN 111561924 A CN111561924 A CN 111561924A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
beacon
feature vector
magnetic beacon
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010436464.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111561924B (zh
Inventor
李清华
陈雅娟
解伟男
李新年
黄灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202010436464.2A priority Critical patent/CN111561924B/zh
Publication of CN111561924A publication Critical patent/CN111561924A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111561924B publication Critical patent/CN111561924B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明提供了一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法，涉及信号定位技术领域。本发明所述的磁信标的校正方法，包括：获取磁信标的设定磁矩方向，并根据所述设定磁矩方向设定所述磁信标的驱动电流；获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，其中，所述特征矢量包括测量特征矢量和理论特征矢量；根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵。本发明所述的技术方案，通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。

Description

一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法
技术领域
本发明涉及信号定位技术领域，具体而言，涉及一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法。
背景技术
随着科技的发展，人们对定位服务的需求也日益强烈。在室外，随着GPS、北斗等卫星导航系统的完善和普及，定位精度服务已经基本满足人们的日常需求；基于特征矢量的磁信标定位技术用到磁信标，磁信标由两个螺线管安装组成，中间部分是空心部分便于接入信号和组装，这部分容易出现安装误差，包括螺线管不正交、磁通门传感器与磁信标坐标系不对齐等，造成导航精度低。
发明内容
本发明解决的问题是磁信标安装误差导致导航精度低。
为解决上述问题，本发明提供一种磁信标的校正方法，包括：获取磁信标的设定磁矩方向，并根据所述设定磁矩方向设定所述磁信标的驱动电流；获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，其中，所述特征矢量包括测量特征矢量和理论特征矢量；根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵。
本发明所述的磁信标的校正方法，通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量包括：采集三个及以上所述目标空间点的磁场数据；根据三个及以上所述目标空间点的所述磁场数据，确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量；根据毕奥萨伐尔定律确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的理论特征矢量。
本发明所述的磁信标的校正方法，在本实施例中，通过磁场数据和理论推导确定测量特征矢量和理论特征矢量，从而确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据三个及以上所述目标空间点的所述磁场数据，确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量，具体包括：任取三个所述目标空间点的所述磁场数据，采用排列组合对所述磁场数据进行最小二乘拟合以减小测量误差。
本发明所述的磁信标的校正方法，采用排列组合对磁场数据进行最小二乘拟合以减小测量误差，从而提高测量特征矢量的精度，有利于消除磁信标的安装误差，从而提高磁信标导航精度。
优选地，所述采集三个及以上所述目标空间点的磁场数据包括：采用带通滤波器分离提取所述磁场数据，得到滤波后的磁场数据。
本发明所述的磁信标的校正方法，通过带通滤波器分离提取磁场数据，得到滤波后的磁场数据，有效消除了磁场数据中的干扰信号，从而提高测量特征矢量的精度，有利于消除磁信标的安装误差，从而提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵包括：根据第一公式确定所述矫正矩阵，所述第一公式包括：Hcs1＝R1*Hcs0，其中，Hcs0表示所述理论特征矢量，Hcs1表示所述测量特征矢量，R1表示所述矫正矩阵。
本发明所述的磁信标的校正方法，通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述磁信标的校正方法还包括对所述测量特征矢量和所述理论特征矢量单位化处理；
其中，单位化处理的测量特征矢量表示为
Figure BDA0002502464400000021
其中，单位化处理的理论特征矢量表示为
Figure BDA0002502464400000022
其中，所述矫正矩阵表示为R1＝H1*(H0)-1。
本发明所述的磁信标的校正方法，通过对测量特征矢量和理论特征矢量的单位化处理，有效避免数据误差，从而能够通过矫正矩阵消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
本发明还提供一种基于旋转磁偶极子的定位方法，包括：在定位环境中，对磁信标进行激励，并根据上述任一项所述的校正方法得到矫正矩阵；根据所述矫正矩阵对目标定位。
本发明所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，根据磁信标校正方法确定的矫正矩阵对目标定位，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述矫正矩阵对目标定位包括：获取所述磁信标在目标位置的测量特征矢量；根据所述矫正矩阵和所述测量特征矢量确定优化特征矢量；根据所述优化特征矢量确定所述目标的位置。
本发明所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，根据磁信标校正方法确定的矫正矩阵修正测量特征矢量得到优化特征矢量，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述矫正矩阵和所述测量特征矢量确定优化特征矢量包括：根据第二公式确定所述优化特征矢量，所述第二公式包括：Hcs3＝(R1)-1·Hcs2，其中，Hcs3表示所述优化特征矢量，Hcs2表示所述测量特征矢量，R1表示所述矫正矩阵。
本发明所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，根据磁信标校正方法确定的矫正矩阵修正测量特征矢量得到优化特征矢量，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述优化特征矢量确定所述目标的位置包括：根据第三公式确定所述目标的位置，所述第三公式包括：
Figure BDA0002502464400000031
其中，θ和φ表示所述目标的姿态角，Hcs3x表示Hcs3的x分量，Hcs3y表示Hcs3的y分量，Hcs3z表示Hcs3的z分量。
本发明所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，根据优化特征矢量确定的目标姿态角来确定目标的位置，有利于提高磁信标导航精度。
附图说明
图1为本发明实施例所述的磁信标的校正方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的基于旋转磁偶极子的定位方法的流程图；
图3为本发明实施例所述的磁矩坐标系示意图；
图4为本发明实施例所述的特征矢量磁场示意图；
图5为本发明实施例所述的特征矢量Hcs0和Hcs1示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种磁信标的校正方法，包括：获取磁信标的设定磁矩方向，并根据所述设定磁矩方向设定所述磁信标的驱动电流；获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，其中，所述特征矢量包括测量特征矢量和理论特征矢量；根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵。
具体地，在本实施例中，磁信标的校正方法包括：获取磁信标的设定磁矩方向，例如设定Z轴磁矩方向为zs(α,β,τ)，在设定磁矩方向下，设定磁信标两个驱动电流的幅值、频率和相位；获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量和理论特征矢量，其中，由于特征矢量为列矩阵，因此需要至少采集三个空间点的特征矢量，根据磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算测量特征矢量相对于理论特征矢量的矫正矩阵，即Hcs1＝R1*Hcs0，其中，Hcs0表示理论特征矢量，Hcs1表示测量特征矢量，R1表示矫正矩阵，在已知空间点下，通过测量特征矢量和理论特征矢量确定的矫正矩阵，该矫正矩阵可用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
在本实施例中，通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量包括：采集三个及以上所述目标空间点的磁场数据；根据三个及以上所述目标空间点的所述磁场数据，确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量；根据毕奥萨伐尔定律确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的理论特征矢量。
具体地，在本实施例中，获取磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量包括：采集三个及以上目标空间点的磁场数据，其中，目标空间点为已知目标空间点，根据磁场数据确定磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量，即根据磁场数据叉乘得到测量特征矢量Hcs1，同时根据毕奥萨伐尔定律确定磁信标在三个及以上目标空间点的理论特征矢量Hcs0，具体步骤如下：根据毕奥萨伐尔定律可得：
Figure BDA0002502464400000051
其中磁矩的幅值为M，则X轴螺线管产生磁场为
Figure BDA0002502464400000052
Y轴螺线管产生磁场为：
Figure BDA0002502464400000053
磁信标正交螺线管产生的合成磁场随着激磁信号的正弦变化，周期旋转形成一个椭圆旋转面，该旋转面包含于Hc和Hs两个矢量确定的平面，始终在同一平面，因此该平面的法向量Hcs保持不变，X,Y轴磁矩旋转形成特征矢量Hcs。
Figure BDA0002502464400000061
其中，当磁信标x,y轴磁矩都在水平面但不正交时，存在夹角γ时，z轴磁矩仍与笛卡尔坐标系z轴平行，特征矢量为(Hcsxcosγ,Hcsycosγ,Hcszcosγ)，无定位误差。
但当x,y轴磁矩的平面与水平面产生夹角即z轴磁矩不与笛卡尔坐标系z轴平行时，会产生定位误差。这说明特征矢量Hcs只与Z轴磁矩有关，当z轴磁矩存在偏差时，磁矩zs与理想z轴存在矫正矩阵R1，其中：
Figure BDA0002502464400000062
同时根据磁矩zs得到的磁场数据求得的特征矢量Hcs1，也与理想特征矢量Hcs0存在偏差，Hcs1＝R1*Hcs0，则可由已知点磁场数据的特征矢量求出R1，并根据R1得到磁矩zs。
在本实施例中，通过磁场数据和理论推导确定测量特征矢量和理论特征矢量，从而确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据三个及以上所述目标空间点的所述磁场数据，确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量，具体包括：任取三个所述目标空间点的所述磁场数据，采用排列组合对所述磁场数据进行最小二乘拟合以减小测量误差。
具体地，在本实施例中，由于特征矢量为列矩阵，因此需要至少采集三个空间点的测量特征矢量，实际操作时一般多于三个空间点，即任取三个目标空间点的磁场数据，采用排列组合对磁场数据进行最小二乘拟合以减小测量误差，从而提高测量特征矢量的精度，有利于消除磁信标的安装误差，从而提高磁信标导航精度。
在本实施例中，采用排列组合对磁场数据进行最小二乘拟合以减小测量误差，从而提高测量特征矢量的精度，有利于消除磁信标的安装误差，从而提高磁信标导航精度。
优选地，所述采集三个及以上所述目标空间点的磁场数据包括：采用带通滤波器分离提取所述磁场数据，得到滤波后的磁场数据。
具体地，在本实施例中，在采集磁场数据时，采用带通滤波器分离提取磁场数据，得到滤波后的磁场数据，有效消除了磁场数据中的干扰信号，从而提高测量特征矢量的精度，有利于消除磁信标的安装误差，从而提高磁信标导航精度。
在本实施例中，通过带通滤波器分离提取磁场数据，得到滤波后的磁场数据，有效消除了磁场数据中的干扰信号，从而提高测量特征矢量的精度，有利于消除磁信标的安装误差，从而提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵包括：根据第一公式确定所述矫正矩阵，所述第一公式包括：Hcs1＝R1*Hcs0，结合图5所示，其中，Hcs0表示所述理论特征矢量，Hcs1表示所述测量特征矢量，R1表示所述矫正矩阵。
具体地，在本实施例中，矫正矩阵的确定依赖于第一公式，即Hcs1＝R1*Hcs0，其中，Hcs0表示理论特征矢量，Hcs1表示测量特征矢量，R1表示矫正矩阵，即通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，矫正矩阵可应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
在本实施例中，通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，应用在对未知点的测量特征矢量的修正上，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，还包括对所述测量特征矢量和所述理论特征矢量单位化处理；
其中，单位化处理的测量特征矢量表示为
Figure BDA0002502464400000071
其中，单位化处理的理论特征矢量表示为
Figure BDA0002502464400000072
其中，所述矫正矩阵表示为R1＝H1*(H0)-1。
具体地，在本实施例中，单位化处理的测量特征矢量表示为
Figure BDA0002502464400000081
单位化处理的理论特征矢量表示为
Figure BDA0002502464400000082
矫正矩阵表示为R1＝H1*(H0)-1，通过对测量特征矢量和理论特征矢量的单位化处理，有效避免数据误差，从而能够通过矫正矩阵消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
在本实施例中，通过对测量特征矢量和理论特征矢量的单位化处理，有效避免数据误差，从而能够通过矫正矩阵消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
本发明另一实施例提供一种基于旋转磁偶极子的定位方法，包括：在定位环境中，对磁信标进行激励，并根据上述任一项所述的校正方法得到矫正矩阵；根据所述矫正矩阵对目标定位。
具体地，在本实施例中，结合图2所示，基于旋转磁偶极子的定位方法，包括：在定位环境中，对磁信标进行激励，其中，该磁信标定向装置主要包括三部分：信号源(包括信号发生装置和功率放大器)、两根密绕螺线管正交构成的磁信标、导航定向处理单元(包括磁通门磁力仪和定向解算单元)。磁信标的两个正交螺线管分别为坐标系的x，y轴，水平放置，垂直方向为z轴。主要工作流程为：信号源根据设定的信号频率、幅值和相位产生两路激励信号进入功率放大器，激励信号经功率放大器后进入由两根密绕螺线管正交构成的磁信标产生磁场，最后由磁强计采集磁场数据，对磁场数据进行预处理、滤波和矢量叉乘得到特征矢量。通过上述校正方法即通过测量特征矢量和理论特征矢量确定矫正矩阵，并根据矫正矩阵对目标定位，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
在本实施例中，根据磁信标校正方法确定的矫正矩阵对目标定位，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述矫正矩阵对目标定位包括：获取所述磁信标在目标位置的测量特征矢量；根据所述矫正矩阵和所述测量特征矢量确定优化特征矢量；根据所述优化特征矢量确定所述目标的位置。
具体地，在本实施例中，获取磁信标在目标位置的测量特征矢量，即采集未知空间点的磁场数据，进行滤波，零均值等预处理后，得出测量特征矢量Hcs2，根据矫正矩阵和测量特征矢量确定优化特征矢量，即Hcs3＝(R1)-1·Hcs2，再根据优化特征矢量Hcs3确定目标的位置，从而实现定位导航，由于优化特征矢量经过了矫正矩阵的修正，其精度相比测量特征矢量得到了提升，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
在本实施例中，根据磁信标校正方法确定的矫正矩阵修正测量特征矢量得到优化特征矢量，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述矫正矩阵和所述测量特征矢量确定优化特征矢量包括：根据第二公式确定所述优化特征矢量，所述第二公式包括：Hcs3＝(R1)-1·Hcs2，其中，Hcs3表示所述优化特征矢量，Hcs2表示所述测量特征矢量，R1表示所述矫正矩阵。
具体地，在本实施例中，优化特征矢量的确定依赖于第二公式：Hcs3＝(R1)-1·Hcs2，其中，Hcs3表示优化特征矢量，Hcs2表示测量特征矢量，R1表示矫正矩阵，即通过矫正矩阵确定优化特征矢量，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
在本实施例中，根据磁信标校正方法确定的矫正矩阵修正测量特征矢量得到优化特征矢量，从而消除磁信标的安装误差，有利于提高磁信标导航精度。
优选地，所述根据所述优化特征矢量确定所述目标的位置包括：根据第三公式确定所述目标的位置，所述第三公式包括：
Figure BDA0002502464400000091
其中，θ和φ表示所述目标的姿态角，Hcs3x表示Hcs3的x分量，Hcs3y表示Hcs3的y分量，Hcs3z表示Hcs3的z分量。
具体地，在本实施例中，根据优化特征矢量确定目标的位置依赖于第三公式，即
Figure BDA0002502464400000101
其中，θ和φ表示目标的姿态角，Hcs3x表示Hcs3的x分量，Hcs3y表示Hcs3的y分量，Hcs3z表示Hcs3的z分量，即根据第三公式，由优化特征矢量Hcs3确定目标的姿态角，即可确定目标的位置。
在本实施例中，根据优化特征矢量确定的目标姿态角来确定目标的位置，有利于提高磁信标导航精度。
下面提供一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法的仿真验证例。
首先对仿真装置进行介绍。磁信标定向装置主要包括三部分：信号源(包括信号发生装置和功率放大器)、两根密绕螺线管正交构成的磁信标、导航定向处理单元(包括磁通门磁力仪和定向解算单元)。磁信标的两个正交螺线管分别为坐标系的x，y轴，水平放置，垂直方向为z轴。主要工作流程为：信号源根据设定的信号频率、幅值和相位产生两路激励信号进入功率放大器，激励信号经功率放大器后进入由两根密绕螺线管正交构成的磁信标产生磁场，最后由磁强计采集磁场数据，对数据进行预处理，滤波和矢量叉乘得到特征矢量。假定磁信标的磁矩原点在磁信标中心处，由于直角坐标系方便表达和测量，在实验中选择直角坐标。
其次，结合图3至图5对仿真验证例的步骤进行介绍说明。
步骤1：设定磁信标驱动电流的幅值、频率和相位，同时设定好个空间点的位置信息A(x1,y1,z1)，B(x2,y2,z2)，C(x3,y3,z3)，和磁矩方向zs(α,β,τ)；
步骤2:依次采集3个已知空间点的磁场数据，采用带通滤波器分离提取磁场数据，[B1x,B1y,B1z]，[B2x,B2y,B2z]，…[Bnx,Bny,Bnz]，得到对应的滤波后的磁场数据；
步骤3:将数据分为4个小区间，每个小区间矢量相加得到区间和，再间隔区间和相减得到异步矢量，根据异步叉乘得到测量特征矢量Hcs1，根据理论公式计算出空间点的理论特征矢量Hcs0。
步骤4:经过测量特征矢量的矫正矩阵和磁矩方向一致的数学关系，为了避免数据误差，测量和理论特征矢量都进行单位化处理得到
Figure BDA0002502464400000111
和
Figure BDA0002502464400000112
计算出矫正矩阵R1,R1＝H1*(H0)-1,同时算出磁矩zs＝R1*[0,0,1]′。
步骤5:其中设置两组磁矩方向进行对比，一组磁矩zs1＝[0,0,1]，对应的矫正矩阵为R(1),根据矫正矩阵得zs(1)；另一组磁矩zs2＝[-0.0200 0.0372 0.9991]，对应的矫正矩阵为R(2),根据矫正矩阵得到zs(2)。
步骤6:添加白噪声，重复步骤2-5，观察噪声对磁矩方向精度的影响。
步骤7:定位算法中，将根据测量磁场得到的特征矢量进行处理，由矫正矩阵得到优化矢量，观察定位精度是否提高。
以下是仿真验证例。
为体现本发明优点，将本实例与不进行磁矩方向矫正定位的方法进行比较。在旋转磁场仿真验证中，设磁信标通入的电流频率为20Hz，幅值5A，满足产生旋转磁场的条件；在本方法仿真验证中，设磁信标通入的电流频率分别为20Hz、20Hz，幅值均为5A。
一种环境中无干扰，另一组环境中存在高斯白噪声干扰，信噪比分别为15dB和30dB。磁信标z轴磁矩在整个坐标系中的理想位置zl＝[0,0,1]，已知空间点所在位置分别为(0.82,0.73,0.77)，(1.35，1.55,1.25)和(1.75,1.65,1.15)。
在理想磁矩和设定偏差磁矩中计算出磁矩矫正，可得到磁矩方向结果如表1-磁矩方向仿真实验数据所示。然后进行导航定位中，目标所在位置为(1.35，1.15,1.35)，(1.85，1.25,1.05)相对倾斜角和相对方位角为(52.72°40.43°)，(64.81°34.05°)。得到矫正矩阵后，选择噪声干扰大的条件进行目标点定位，便于和实物实验进行对比，在噪声信噪比为15dB条件下，利用磁通门传感器在目标位置以1000Hz的采样频率从待定位目标位置采集磁场数据，按照上述步骤7进行计算，则可得到定向结果如表2-定向仿真结果对比所示。实例结果表明，当磁矩存在偏差时，保持同一定向精度的条件下，进行磁矩方向矫正的方法比直接进行导航定位的方法，精度能提高很多，证明本方法能提高磁信标定向的准确性。
表1磁矩方向仿真实验数据
Figure BDA0002502464400000121
表2定向仿真结果对比
Figure BDA0002502464400000122
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁信标的校正方法，其特征在于，包括：
获取磁信标的设定磁矩方向，并根据所述设定磁矩方向设定所述磁信标的驱动电流；
获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，其中，所述特征矢量包括测量特征矢量和理论特征矢量；
根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵。
2.根据权利要求1所述的磁信标的校正方法，其特征在于，所述获取所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量包括：
采集三个及以上所述目标空间点的磁场数据；
根据三个及以上所述目标空间点的所述磁场数据，确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量；
根据毕奥萨伐尔定律确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的理论特征矢量。
3.根据权利要求2所述的磁信标的校正方法，其特征在于，所述根据三个及以上所述目标空间点的所述磁场数据，确定所述磁信标在三个及以上目标空间点的测量特征矢量，具体包括：任取三个所述目标空间点的所述磁场数据，采用排列组合对所述磁场数据进行最小二乘拟合以减小测量误差。
4.根据权利要求2所述的磁信标的校正方法，其特征在于，所述采集三个及以上所述目标空间点的磁场数据包括：采用带通滤波器分离提取所述磁场数据，得到滤波后的磁场数据。
5.根据权利要求1所述的磁信标的校正方法，其特征在于，所述根据所述磁信标在三个及以上目标空间点的特征矢量，计算所述测量特征矢量相对于所述理论特征矢量的矫正矩阵包括：根据第一公式确定所述矫正矩阵，所述第一公式包括：Hcs1＝R1*Hcs0，其中，Hcs0表示所述理论特征矢量，Hcs1表示所述测量特征矢量，R1表示所述矫正矩阵。
6.根据权利要求5所述的磁信标的校正方法，其特征在于，还包括对所述测量特征矢量和所述理论特征矢量单位化处理；
其中，单位化处理的测量特征矢量表示为
Figure FDA0002502464390000021
其中，单位化处理的理论特征矢量表示为
Figure FDA0002502464390000022
其中，所述矫正矩阵表示为R1＝H1*(H0)-1。
7.一种基于旋转磁偶极子的定位方法，其特征在于，包括：
在定位环境中，对磁信标进行激励，并根据权利要求1至6任一项所述的校正方法得到矫正矩阵；
根据所述矫正矩阵对目标定位。
8.根据权利要求7所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，其特征在于，所述根据所述矫正矩阵对目标定位包括：
获取所述磁信标在目标位置的测量特征矢量；
根据所述矫正矩阵和所述测量特征矢量确定优化特征矢量；
根据所述优化特征矢量确定所述目标的位置。
9.根据权利要求8所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，其特征在于，所述根据所述矫正矩阵和所述测量特征矢量确定优化特征矢量包括：根据第二公式确定所述优化特征矢量，所述第二公式包括：Hcs3＝(R1)-1·Hcs2，其中，Hcs3表示所述优化特征矢量，Hcs2表示所述测量特征矢量，R1表示所述矫正矩阵。
10.根据权利要求8所述的基于旋转磁偶极子的定位方法，其特征在于，所述根据所述优化特征矢量确定所述目标的位置包括：根据第三公式确定所述目标的位置，所述第三公式包括：
Figure FDA0002502464390000031
其中，θ和φ表示所述目标的姿态角，Hcs3x表示Hcs3的x分量，Hcs3y表示Hcs3的y分量，Hcs3z表示Hcs3的z分量。
CN202010436464.2A 2020-05-21 2020-05-21 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法 Active CN111561924B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010436464.2A CN111561924B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010436464.2A CN111561924B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111561924A true CN111561924A (zh) 2020-08-21
CN111561924B CN111561924B (zh) 2022-08-30

Family

ID=72074919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010436464.2A Active CN111561924B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111561924B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112146657A (zh) * 2020-09-10 2020-12-29 中国人民解放军海军工程大学 一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置
CN112504267A (zh) * 2020-11-24 2021-03-16 哈尔滨工业大学（深圳） 基于磁偶极子场的磁指纹提取方法、装置、系统与介质
CN113124881A (zh) * 2021-06-17 2021-07-16 天津大学 一种基于磁信标的同步定位与构图系统的故障恢复方法
CN114073580A (zh) * 2021-06-28 2022-02-22 成都思瑞定生命科技有限公司 一种磁场生成器标定装置及标定方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030191638A1 (en) * 2002-04-05 2003-10-09 Droppo James G. Method of noise reduction using correction vectors based on dynamic aspects of speech and noise normalization
CN102168991A (zh) * 2011-01-29 2011-08-31 中北大学 三轴矢量传感器与安装载体间安装误差的标定补偿方法
CN102305624A (zh) * 2011-05-11 2012-01-04 西安飞机工业（集团）有限责任公司 一种罗盘校准方法
CN102401888A (zh) * 2011-08-24 2012-04-04 西安电子科技大学 一种电磁矢量传感器阵列耦合误差的自校正方法
CN102590764A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 中国医学科学院生物医学工程研究所 一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统
CN103363992A (zh) * 2013-06-29 2013-10-23 天津大学 基于梯度下降的四旋翼无人机姿态航向参考系统解算方法
CN103591949A (zh) * 2013-10-25 2014-02-19 西安石油大学 三轴姿态测量系统非正交性误差的正交补偿方法
US20170089706A1 (en) * 2015-09-24 2017-03-30 Microsoft Technology Licensing, Llc Magnetometer arrays for inertial navigation, mapping, and drift compensation
CN106595670A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 北京航空航天大学 一种采用广义逆矩阵消除盲区的方法
CN107205690A (zh) * 2015-02-20 2017-09-26 株式会社日立制作所 磁场调整方法
CN108037520A (zh) * 2017-12-27 2018-05-15 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 阵列幅相误差条件下基于神经网络的直接定位偏差修正方法
CN108067939A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种空间点位测量基准误差补偿方法
CN108572332A (zh) * 2017-03-08 2018-09-25 天津工业大学 基于阵列传感器的三维磁场测量与标定系统
CN108919156A (zh) * 2018-06-27 2018-11-30 中国人民解放军海军航空大学 基于噪声补偿的三轴磁强计线下校正方法
CN109541704A (zh) * 2018-12-05 2019-03-29 加泰科(深圳)科技有限公司 一种三轴磁通门航磁测量系统及矫正补偿方法
CN109883415A (zh) * 2019-03-01 2019-06-14 哈尔滨工业大学 一种基于三角函数拟合的旋转磁场定位方法
CN109917325A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 哈尔滨工业大学 一种基于多磁信标的定位方法、装置及系统

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030191638A1 (en) * 2002-04-05 2003-10-09 Droppo James G. Method of noise reduction using correction vectors based on dynamic aspects of speech and noise normalization
CN102168991A (zh) * 2011-01-29 2011-08-31 中北大学 三轴矢量传感器与安装载体间安装误差的标定补偿方法
CN102305624A (zh) * 2011-05-11 2012-01-04 西安飞机工业（集团）有限责任公司 一种罗盘校准方法
CN102401888A (zh) * 2011-08-24 2012-04-04 西安电子科技大学 一种电磁矢量传感器阵列耦合误差的自校正方法
CN102590764A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 中国医学科学院生物医学工程研究所 一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统
CN103363992A (zh) * 2013-06-29 2013-10-23 天津大学 基于梯度下降的四旋翼无人机姿态航向参考系统解算方法
CN103591949A (zh) * 2013-10-25 2014-02-19 西安石油大学 三轴姿态测量系统非正交性误差的正交补偿方法
CN107205690A (zh) * 2015-02-20 2017-09-26 株式会社日立制作所 磁场调整方法
US20170089706A1 (en) * 2015-09-24 2017-03-30 Microsoft Technology Licensing, Llc Magnetometer arrays for inertial navigation, mapping, and drift compensation
CN108067939A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种空间点位测量基准误差补偿方法
CN106595670A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 北京航空航天大学 一种采用广义逆矩阵消除盲区的方法
CN108572332A (zh) * 2017-03-08 2018-09-25 天津工业大学 基于阵列传感器的三维磁场测量与标定系统
CN108037520A (zh) * 2017-12-27 2018-05-15 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 阵列幅相误差条件下基于神经网络的直接定位偏差修正方法
CN108919156A (zh) * 2018-06-27 2018-11-30 中国人民解放军海军航空大学 基于噪声补偿的三轴磁强计线下校正方法
CN109541704A (zh) * 2018-12-05 2019-03-29 加泰科(深圳)科技有限公司 一种三轴磁通门航磁测量系统及矫正补偿方法
CN109883415A (zh) * 2019-03-01 2019-06-14 哈尔滨工业大学 一种基于三角函数拟合的旋转磁场定位方法
CN109917325A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 哈尔滨工业大学 一种基于多磁信标的定位方法、装置及系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QINGHUA LI 等: "Quick orientation of Rotary Magnetic Field Based on Feature Vector", 《2019 CHINESE CONTROL CONFERENCE (CCC)》 *
谢阳光 等: "基于双磁偶极子的螺线管磁场建模分析", 《中国惯性技术学报》 *
龙礼 等: "三轴地磁传感器误差的自适应校正方法", 《仪器仪表学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112146657A (zh) * 2020-09-10 2020-12-29 中国人民解放军海军工程大学 一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置
CN112146657B (zh) * 2020-09-10 2022-10-28 中国人民解放军海军工程大学 一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置
CN112504267A (zh) * 2020-11-24 2021-03-16 哈尔滨工业大学（深圳） 基于磁偶极子场的磁指纹提取方法、装置、系统与介质
CN113124881A (zh) * 2021-06-17 2021-07-16 天津大学 一种基于磁信标的同步定位与构图系统的故障恢复方法
CN113124881B (zh) * 2021-06-17 2021-10-08 天津大学 一种基于磁信标的同步定位与构图系统的故障恢复方法
CN114073580A (zh) * 2021-06-28 2022-02-22 成都思瑞定生命科技有限公司 一种磁场生成器标定装置及标定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111561924B (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111561924B (zh) 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法
CN107917704B (zh) 一种磁罗盘校准方法及装置、计算机可读存储介质
CN109975840B (zh) 一种调零天线卫星导航接收机定位校正方法
CN109883444B (zh) 一种姿态角耦合误差补偿方法、装置及电子设备
CN113074752B (zh) 一种用于车载地磁传感器的动态标定方法及系统
CN110703259B (zh) 基于运动声源的水下声学基阵通道间相位一致性校准方法
CN108562305B (zh) 一种惯性/天文深组合导航系统安装误差五位置快速粗标定方法
CN106990395B (zh) 一种雷达目标的校准方法及装置
CN104007413A (zh) 考虑信源方位误差的阵列位置误差校正方法
CN110515038A (zh) 一种基于无人机-阵列的自适应无源定位装置及实现方法
CN109507635A (zh) 利用两个未知方位辅助源的阵列幅相误差估算方法
CN109239653A (zh) 一种基于子空间分解的多辐射源被动直接时差定位方法
CN112240957B (zh) 一种卫星导航干扰测向中天线幅相特性校正方法
CN109633540B (zh) 一种磁源的实时定位系统及实时定位方法
CN112985384A (zh) 一种抗干扰磁航向角优化系统
CN109931956B (zh) 捷联式三分量磁测系统中三轴磁力仪与惯导安装误差校正方法
RU2288481C2 (ru) Способ определения двухмерного пеленга
CN108387868B (zh) 一种基于信号到达角度差测量的扫描式辐射源定位方法
US5321410A (en) Adaptive doppler DF system
CN109828232A (zh) 一种阵列天线测角模糊置信度计算装置及方法
CN112996107A (zh) 一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统
CN111272168B (zh) 一种基于磁场特征矢量的定位方法、装置及系统
CN108387229A (zh) 一种基于单轴旋转调制的mems惯性导航系统及寻北方法
CN110049550B (zh) 无线室内定位及感知方法、系统及存储介质
CN108303087B (zh) 一种高精度惯性导航系统的舒拉周期振荡误差抑制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant