CN112649004B - 一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，通过按照一定距离间隔布置的多个磁传感器测量多个空间点的磁场强度信息，通过每个空间测量点的磁场强度矢量可以计算得到磁性标记物的位置信息，多个空间测量点的定位结果之间可以得到相互间的置信因子组成置信矩阵，进而实现多个空间测量点的定位结果之间的信息融合，可以提高定位精度和稳定性等性能。

Description

一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法
技术领域
本发明涉及一种磁定位方法。
背景技术
在空间目标检测、移动设备导航、军事目标定位、消化道医疗机器人、计算机辅助微创外科手术等领域，需要高精度的跟踪定位。磁钉定位具有体积小、信号稳定、精度高、成本低、不易受外界干扰的优点。具体应用举例来说，磁钉定位可以预埋在规划轨迹中，帮助机器人实现自主导航。
目前实现磁钉定位的方法很多，其中应用较广的是单一磁传感器的磁钉定位方法，如中国专利文献CN107091606A公开了一种基于磁尺的磁钉定位方法，把磁钉打包成一条磁尺的进行检测；如中国专利文献CN108151766A公开了磁钉的定位方法、磁钉定位导航误差修正方法及定位装置，通过检测磁场强度相同的测量点进行拟合，从而找到磁钉的位置。这些方法的不足之处在于，只使用了单一的磁传感器传感器，检测磁钉的定位精度较差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可实现高精度定位的基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：采用多个磁传感器实现磁性标记物的准确定位，包括如下步骤：
步骤S1、设备调试，测试磁传感器读数正常，读取第i个磁传感器所在的磁场强度Bi，i＝1,2,3,...,m，则进入步骤S2；
步骤S2、建立磁偶极子模型，测量第i个磁传感器在全局坐标系{g}下的坐标测量磁性标记物在第i个磁传感器所在的局部坐标系{s}下的坐标/>从而计算磁性标记物在第i个磁传感器所在的全局坐标系{g}下的坐标/>则进入步骤S3；
步骤S3、计算置信矩阵，计算第i个磁传感器和第j个磁传感器的置信因子dij，j＝1,2,3,...,m,且i≠j,从而构造置信矩阵Dij，
则进入步骤S4；
步骤S4、计算多个磁传感器的融合定位结果，根据置信因子dij、融合权重wi和磁性标记物在第i个磁传感器所在的全局坐标系{g}下的坐标计算多磁传感器的融合定位结果/>wi＝k1di1+k2di2+...+kmdij，式中，k为特征向量，k＝1,2,...,m，根据置信矩阵Dij计算融合权重矩阵W：W＝DijK，式中，W＝[w1 w2 ... wm]T为融合权重矩阵；K＝[k1 k2... km]T为特征向量矩阵；
根据置信准则可以得到最终的磁力计融合定位结果
所述步骤S2中的多个磁传感器矩阵排列，即第i个磁传感器和第j个磁传感器之间的相对距离固定不变。
所述步骤S3中的置信矩阵Dij为包含i行j列的置信因子dij的矩阵。
所述步骤S4中的融合权重wi为包含置信因子dij的权重，需要满足其中，m为磁传感器的数量，0≤wi≤1。
所述磁传感器为磁强计、磁力计或特斯拉计。
所述磁性标记物为磁钉、磁针或磁块。
本发明具有如下有益效果：
通过按照一定距离间隔布置的多个磁传感器测量多个空间点的磁场强度信息，通过每个空间测量点的磁场强度矢量可以计算得到磁性标记物的位置信息，多个空间测量点的定位结果之间可以得到相互间的置信因子组成置信矩阵，进而实现多个空间测量点的定位结果之间的信息融合，可以提高定位精度和稳定性等性能，具体为：
1、将多个磁传感器的定位信息进行融合，得到精度更高的磁性标记物定位结果。传统的磁性标记物定位方法使用的是单一的磁传感器，磁性标记物定位结果的精度较差；本方法使用了任意数量的磁传感器的定位信息进行融合，获得了精度更高的磁性标记物定位结果。
2、将多个磁传感器的定位信息进行融合，得到更稳定的磁性标记物定位结果，由于地磁场的磁场强度干扰、多个磁性标记物的磁场强度影响，单一的磁传感器检测到的信息易发生漂移；本方法使用了任意数量的磁传感器的定位信息进行融合，获得了稳定性更好的磁性标记物定位结果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的多个磁传感器融合定位的流程图；
图2为本发明的多个磁传感器阵列检测磁钉定位示意图；
图3为本发明的多个磁传感器阵列的坐标系示意图。
具体实施方式
参照图1至图3所示，一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：采用多个磁传感器实现磁性标记物的准确定位，磁性标记物为磁钉、磁针或磁块，磁传感器为磁强计、磁力计或特斯拉计，包括如下步骤：
步骤S1、设备调试，测试磁传感器读数正常，读取第i个磁传感器所在的磁场强度Bi，i＝1,2,3,...,m，则进入步骤S2；
步骤S2、建立磁偶极子模型，测量第i个磁传感器在全局坐标系{g}下的坐标测量磁性标记物在第i个磁传感器所在的局部坐标系{s}下的坐标/>从而计算磁性标记物在第i个磁传感器所在的全局坐标系{g}下的坐标/>则进入步骤S3，步骤S2中的多个磁传感器矩阵排列，即第i个磁传感器和第j个磁传感器之间的相对距离固定不变；
步骤S3、计算置信矩阵，计算第i个磁传感器和第j个磁传感器的置信因子dij，j＝1,2,3,...,m,且i≠j,从而构造置信矩阵Dij，置信矩阵Dij为包含i行j列的置信因子dij的矩阵：
则进入步骤S4；
步骤S4、计算多个磁传感器的融合定位结果，根据置信因子dij、融合权重wi和磁性标记物在第i个磁传感器所在的全局坐标系{g}下的坐标计算多磁传感器的融合定位结果/>wi＝k1di1+k2di2+...+kmdij，式中，k为特征向量，k＝1,2,...,m，根据置信矩阵Dij计算融合权重矩阵W：W＝DijK，式中，W＝[w1 w2 ... wm]T为融合权重矩阵；K＝[k1 k2 ...km]T为特征向量矩阵；
融合权重wi为包含置信因子dij的权重，需要满足其中，m为磁传感器的数量，0≤wi≤1，
根据置信准则可以得到最终的磁力计融合定位结果
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：采用多个磁传感器实现磁性标记物的准确定位，包括如下步骤：
步骤S1、设备调试，测试磁传感器读数正常，读取第i个磁传感器所在的磁场强度Bi，i＝1,2,3,...,m，则进入步骤S2；
步骤S2、建立磁偶极子模型，测量第i个磁传感器在全局坐标系{g}下的坐标测量磁性标记物在第i个磁传感器所在的局部坐标系{s}下的坐标/>从而计算磁性标记物在第i个磁传感器所在的全局坐标系{g}下的坐标/>则进入步骤S3；
步骤S3、计算置信矩阵，计算第i个磁传感器和第j个磁传感器的置信因子dij，j＝1,2,3,...,m,且i≠j,从而构造置信矩阵Dij，
则进入步骤S4；
步骤S4、计算多个磁传感器的融合定位结果，根据置信因子dij、融合权重wi和磁性标记物在第i个磁传感器所在的全局坐标系{g}下的坐标计算多磁传感器的融合定位结果/>wi＝k1di1+k2di2+...+kmdij，式中，ki为特征向量，根据置信矩阵Dij计算融合权重矩阵W：W＝DijK，式中，
W＝[w1 w2...wm]T为融合权重矩阵；K＝[k1 k2...km]T为特征向量矩阵；
根据置信准则得到最终的磁力计融合定位结果
2.根据权利要求1所述的一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：所述步骤S2中的多个磁传感器矩阵排列，即第i个磁传感器和第j个磁传感器之间的相对距离固定不变。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：所述步骤S3中的置信矩阵Dij为包含i行j列的置信因子dij的矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：所述步骤S4中的融合权重wi为包含置信因子dij的权重，需要满足其中，m为磁传感器的数量，0≤wi≤1。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：所述磁传感器为磁强计、磁力计或特斯拉计。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间多点磁场强度信息融合的磁定位方法，其特征在于：所述磁性标记物为磁钉、磁针或磁块。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117980761A (zh) * 2021-09-15 2024-05-03 南洋理工大学 传感器阵列、用于构建磁图的系统和方法、以及基于磁图对移动设备进行本地化的系统和方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107957725A (zh) * 2017-11-17 2018-04-24 泉州装备制造研究所 一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置及方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9739635B2 (en) * 2012-06-12 2017-08-22 Trx Systems, Inc. Methods for improved heading estimation
US20170265041A1 (en) * 2016-03-09 2017-09-14 Honeywell International Inc. Systems, methods, and devices for indoor location
US10591890B2 (en) * 2016-07-06 2020-03-17 Industrial Technology Research Institute Localization device using magnetic field and positioning method thereof
US10393824B2 (en) * 2016-12-23 2019-08-27 Qualcomm Incorporated Techniques for magnetometer calibration using selected measurements over time

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107957725A (zh) * 2017-11-17 2018-04-24 泉州装备制造研究所 一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置及方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Simplified Magnetic Positioning Approach Based on Analytical Method and Data Fusion for Automated Guided Vehicles;Houde Dai等;《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》;20211110;第27卷(第5期);第3065-3075页 *
Diagnostic accuracy of multiparametric magnetic resonance imaging combined with clinical parameters in the detection of clinically significant prostate cancer: A novel diagnostic model;Davide Ippolito等;《International journal of urology : official journal of the Japanese Urological Association》;20200725;第27卷(第10期);第866-873页 *
地磁场网格定位模型研究;董敏;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20190715(第07期);第A008-91页 *
基于地磁的多模融合无线定位技术研究;陶睿;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20150415(第04期);第I140-103页 *

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