[發(fā)明專利]一種基于三軸磁阻傳感器的鐵磁性目標(biāo)三維定位方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210196976.1
• 申請(qǐng)日: 2012-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN102778697A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊波;韓華濤;羅晶;尼文斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/08
• 分類號(hào): G01V3/08;H04W84/18
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)定位領(lǐng)域的鐵磁性目標(biāo)三維定位方法，具體而言是一種利用三軸磁阻傳感器對(duì)鐵磁性運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行三維定位的方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新興技術(shù)之一。隨著無線電通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、集成電路技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，使得大量廉價(jià)、智能的傳感器設(shè)備通過無線通信組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為可能。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的定位技術(shù)一直是一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，其中對(duì)鐵磁性目標(biāo)的定位技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，如軍事偵察、智能車輛、醫(yī)療等。

地球磁場(chǎng)在幾公里范圍內(nèi)可視為均勻分布，當(dāng)鐵磁性物質(zhì)經(jīng)過磁阻傳感器的探測(cè)區(qū)域時(shí)會(huì)對(duì)周圍磁場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，磁阻傳感器便可根據(jù)此擾動(dòng)檢測(cè)鐵磁性物質(zhì)。磁阻傳感器有單軸、雙軸和三軸之分，與單軸、雙軸磁阻傳感器相比，三軸磁阻傳感器能夠更加全面地感應(yīng)地磁場(chǎng)的變化，通過對(duì)三個(gè)軸上的輸出信號(hào)的分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵磁性目標(biāo)的三維定位。此外，雙軸磁阻傳感器在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)擺放要求較高，定位結(jié)果容易受到地形等因素的影響，而任意擺放的三軸磁阻傳感器可以根據(jù)固定指向的三軸磁阻傳感器的輸出，借助空間直角坐標(biāo)系變換理論，可以判斷出任意擺放的三軸磁阻傳感器三個(gè)軸的指向。

目前對(duì)于目標(biāo)定位的研究多為利用雙軸磁阻傳感器的二維定位，但是，二維定位只能應(yīng)用在各傳感器節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格水平擺放的理想二維環(huán)境中，實(shí)際應(yīng)用中，很難滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)完全處于同一水平面上。基于三軸磁阻傳感器的三維定位，可以利用磁阻傳感器獲取三軸方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)，這樣可以減小傳感器傾斜擺放對(duì)定位結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)更加準(zhǔn)確的定位。對(duì)于三維定位算法的研究還處于起步與探索階段，成果較少，國際上針對(duì)鐵磁性目標(biāo)的三維定位算法，主要是基于磁偶極子模型的定位算法，但是只有目標(biāo)的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目標(biāo)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的距離時(shí)，鐵磁性目標(biāo)才可被看作磁偶極子，然而，實(shí)際應(yīng)用中很難滿足該條件。此外，基于磁偶極子的定位算法實(shí)現(xiàn)三維定位時(shí)需要知道目標(biāo)的磁矩，而實(shí)際應(yīng)用中，不同的目標(biāo)其磁矩也不同，這就限制了基于磁偶極子模型的算法在三維定位時(shí)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述鐵磁性目標(biāo)定位的現(xiàn)有技術(shù)問題，提出一種不受傳感器節(jié)點(diǎn)擺放方式限制，不依賴于目標(biāo)磁矩，不受目標(biāo)體積限制，簡(jiǎn)單便捷，成本低且便于實(shí)施的鐵磁性目標(biāo)三維定位方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

步驟一、對(duì)采用的三軸磁阻傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)或標(biāo)定；

步驟二、利用任意擺放的三軸磁阻傳感器獲取傳感器所處位置的環(huán)境磁場(chǎng)信號(hào)的輸出，記為

步驟三、判斷任意擺放的三軸磁阻傳感器三個(gè)軸在空間的絕對(duì)指向；

步驟四、劃分以三軸磁阻傳感器為球心、以其探測(cè)距離為半徑的球形探測(cè)區(qū)域，具體為：以三軸磁阻傳感器為坐標(biāo)原點(diǎn)，以三軸磁阻傳感器的三個(gè)軸X、Y、Z的方向?yàn)榭臻g直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸X'、Y'、Z'的方向，建立空間直角坐標(biāo)系O-X′Y′Z′，根據(jù)鐵磁性目標(biāo)進(jìn)入三軸磁阻傳感器探測(cè)區(qū)域時(shí)，三軸磁阻傳感器三軸輸出信號(hào)的不同特征，將三軸磁阻傳感器的球形探測(cè)區(qū)域以空間直角坐標(biāo)系的八個(gè)卦限為基準(zhǔn)劃分為8個(gè)區(qū)域：I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII，如圖2所示；

步驟五、當(dāng)鐵磁性目標(biāo)進(jìn)入三軸磁阻傳感器探測(cè)范圍時(shí)，記三軸磁阻傳感器X、Y、Z三軸磁場(chǎng)信號(hào)的輸出分別為

步驟六、對(duì)與的差值B_x，與的差值B_y，與的差值B_z進(jìn)行滑動(dòng)平均濾波處理；

步驟七、對(duì)經(jīng)過滑動(dòng)平均濾波處理的三軸信號(hào)B_x、B_y、B_z的波峰、波谷進(jìn)行判斷；