[發明專利]一種旋轉磁信標智能快速搜索數字定位方法

有效

• 申請號: 201810584493.6
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108871318B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 夏紅偉;劉超越;馬廣程;王常虹;王冠;李清華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C21/04
• 分類號: G01C21/04
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

1.一種旋轉磁信標智能快速搜索數字定位方法，其特征在于，包括：

步驟一、制作兩個磁信標，采用面積A已知的正方形木質框架，繞制以匝數N已知的銅線圈，然后將兩個信標安裝在二維平面的已知位置作為信號源，并將電流大小I已知、頻率不同的兩組正弦信號加在磁信標的線圈上，并將定位目標(3)處安裝磁傳感器，此時磁信標產生的磁力矩M為：

M＝A·N·I

步驟二、設定兩個磁信標在平面直角坐標系中的位置和輸出頻率，信標一(1)放置在坐標原點，輸入正弦電流信號的頻率為f₁；信標二(2)放置在(0,-R)處，輸入正弦電流信號的頻率為f₂；

步驟三、為了區分這兩個具有單獨頻率的磁信標，需要附加使用鎖相放大器，對于兩個磁信標的情況，需要四個鎖相放大器，將其中兩個鎖相放大器的頻率調諧到f₁，其余兩個鎖相放大器的頻率調諧到f₂，通過磁傳感器接收到的磁感應信號，經過鎖相放大器的處理，分別得到兩個磁信標對應的磁感應強度分量，其中B_1x為信標一(1)對應的磁感應強度x軸分量，B_1y為信標一(1)對應的磁感應強度y軸分量，B_2x為信標二(2)對應的磁感應強度x軸分量，B_2y為信標二(2)對應的磁感應強度y軸分量，再將x軸分量結合得到總的x軸分量，同樣的將y軸分量結合得到總的y軸分量；M₁為信標一(1)對應的磁力矩，M₂為信標二(2)對應的磁力矩；

步驟四、通過公式計算出標準的磁場強度，公式如下：

通過上述公式將位置信息與磁場強度信息建立聯系，即通過一個場強即可得到一個位置；

步驟五、算法詳解：螢火蟲算法中，首先將解空間中的點抽象成螢火蟲個體，然后將用自然界中螢火蟲之間的吸引準則模擬優化過程中的位置更新，在此期間將解空間中點的函數值抽象為螢火蟲的亮度，最后進行迭代，得到全局最優解，由于螢火蟲算法是求解函數最小值的方法，故應用時首先建立目標函數，在磁定位中所建立目標函數如下：

將磁通門得到的測量信息與標準信息作比較，即可得到位置信息；具體應用的算法為螢火蟲算法，通過做差求最小值的方式得到位置信息；首先建立一個存儲位置的矩陣，在矩陣中每個元素存儲了一個與下標相關的磁場信息，在此之前將每個下標與一個位置進行相關聯，而磁場信息通過公式：

求解，然后通過公式：

將測試得到的磁場強度代入就得到誤差信息，而e(i,j,k)在這里取得是分量的二范數的平方，得即對測量值與標定值作差得分別平方作和，而螢火蟲算法求解的是一個函數的最大值，通過將上述的e(i,j,k)矩陣中每個元素求倒數得到一個新的矩陣，以此將一個求解最小值問題轉換為求解最大值的問題。

2.根據權利要求1所述的一種旋轉磁信標智能快速搜索數字定位方法，其特征在于，所述步驟一中的磁信標的木質框架用不含鐵質的材料連接。

3.根據權利要求1所述的一種旋轉磁信標智能快速搜索數字定位方法，其特征在于，所述步驟五中的螢火蟲算法的具體步驟包括：

步驟一、設置算法的相關參數，包括：種群大小，最大吸引力，光吸收強度，隨機參數，最大迭代次數或要求精度；

步驟二、隨機初始化種群位置，根據公式計算絕對亮度及吸引力；根據絕對亮度決定螢火蟲的移動關系；

步驟三、根據移動位置公式更新螢火蟲的位置，最優位置的螢火蟲隨機移動；

步驟四、重新計算絕對亮度及新吸引力；

步驟五、當達到迭代次數或精度要求，則轉下一步；否則，搜索次數加1，轉步驟三，進行下一次搜索；

步驟六、輸出全局最優點，即為找到的磁通門傳感器的位置。