[發明專利]室內磁地圖的快速建模與可信定位方法

有效

• 申請號: 201910806233.3
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN111121758B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 史凌峰;劉公緒;劉宇宇;侯志勇;何瑞;辛東金
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/20
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明公開了一種室內磁地圖的快速建模與可信定位方法，包括：定位區域設定、參考坐標系建立、MARG傳感器模塊的佩戴或安裝、數據采集、姿態矩陣計算、位置戳計算、磁數據投影到參考坐標系、磁數據與位置戳關聯、磁地圖細化、匹配定位。首先通過人體佩戴MARG傳感器模塊，即走即測將磁數據與位置戳關聯，建立粗糙磁地圖；然后利用迭代差值方法獲得精細磁地圖，最后利用歐氏距離最小準則進行匹配定位，實現室內磁地圖的快速建模與可信定位。本發明與已有的磁地圖建模和定位方法相比，建模效率高、定位可信，具有廣泛的應用前景，如地磁導航、地磁定位、磁地圖建模等。

技術領域

本發明屬于磁地圖的建模和定位方法技術領域，具體涉及一種室內磁地圖的快速建模與可信定位方法。

背景技術

關于地磁定位，即確定載體/人的位置信息，通常有兩種方法。一種是使磁傳感器與其它傳感器組合使用，典型的是MARG傳感器，可理解為磁力計、加速度計、速率陀螺這三種傳感器(Magnetometer,Accelerometer and Rate Gyro)，也可理解為測量磁場，角速度與重力(Magnetic,Angular Rate and Gravity)的傳感器組合。其思想都是獲得方向，和載體/人在該方向上運動的距離，即最終得到位置信息。第二種方法是測量并構造一個區域地磁數據庫，根據地圖匹配等相關算法確定載體/人的位置信息。

顯然兩種方法各有利弊。方法一，可自主定位，但要求地磁相對穩定，一般只適用于室外等空曠地區。方法二，定位精度相對穩定，定位誤差不隨時間漂移，但在磁地圖建模時費時耗力，需要大量的人工測繪才能獲得磁地圖，地圖的更新和維護難度大，地圖匹配算法復雜，定位精度很難提高。但如果一旦突破上述瓶頸，僅利用磁場信息和相關地圖匹配算法就能獲得準確可靠的載體/人的位置信息，其研究和應用前景十分廣闊。理論上，磁地圖要求磁指紋特征具有可區分性、可識別性和唯一性，然而磁場是動態的，變化的，易干擾的。考慮到地磁本身存在地磁靜日變化現象，同時室內地磁往往因各種軟/硬磁干擾(如建筑物的鋼筋混凝土結構、電力線和其它電氣設備的影響)而導致嚴重磁場失真。這些原因將導致地磁建模的困難，和基于地磁的定位往往不可信。

已有的方法很難解決室內磁地圖建模的效率問題以及定位的可信性問題，因此迫切需要研究快速的磁場建模和可信的定位方法，為導航、定位等諸多相關應用領域提供理論指導和技術支撐。

發明內容

本發明的目的在于提供一種室內磁地圖的快速建模與可信定位方法，有效解決背景技術中存在的效率問題和可信性問題，對室內磁地圖的建模與匹配定位及其廣泛的應用給出了指導。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：首先通過人體佩戴MARG傳感器模塊，即走即測，將磁數據與位置戳關聯，建立初步磁地圖；然后利用迭代差值方法獲得精細磁地圖，最后利用歐氏距離最小準則進行匹配定位，實現室內磁地圖的快速建模與可信定位。

室內磁地圖的快速建模方法，包括如下步驟：

定位區域設定；

參考坐標系建立；

MARG傳感器模塊的佩戴或安裝：

數據采集；

姿態矩陣計算；

位置戳計算；

磁數據投影到參考坐標系；

磁數據與位置戳關聯：

磁地圖細化。

進一步地，定位區域設定是指設定所要定位或建模的區域，所述區域是一個大小有限的室內區域，存在磁場失真，可以是規則區域也可以是形狀不規則區域。

進一步地，參考坐標系的精度要高于建模精度一個量級以上，優選地，參考坐標系建立是建立右手直角坐標系，更優選地，為東北天坐標系。因為所要定位的區域有限，故不考慮地球曲率、經緯度等信息。