[發明專利]一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法

有效

• 申請號: 202011247148.7
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112461223B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 曠儉;牛小驥;李泰宇;劉韜
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C17/38
• 分類號: G01C17/38;G01C25/00;G06F16/29
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

1.一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，在建立磁場指紋庫的區域行走，每次數據采集行走的軌跡，其航向角遍歷不同方向，通過智能設備采集的傳感器數據得到行走軌跡中各個位置的坐標、高精度姿態角及磁場信息；

步驟2，使用步驟1獲得的姿態角將所有位置的磁力計原始觀測值投影到當地水平坐標系下，并對所有位置的磁場投影分量進行平均，獲得當地水平坐標系下的參考磁場強度；

步驟3，結合參考磁場強度和姿態角，將參考磁場強度投影到載體坐標系下，獲得磁力計參考觀測值；并對所有位置的磁力計原始觀測值和參考觀測值做差，對每個位置的差值求平均獲得磁力計零偏；使用獲得的磁力計零偏補償磁力計原始觀測值，獲得所有位置準確的環境磁場強度觀測值；

步驟4，基于行走的軌跡坐標，設置覆蓋磁場數據庫區域的最小矩陣，并劃分為等大小的柵格，對同一柵格內的磁場強度進行平滑處理；對未采集的區域，使用周圍柵格的磁場強度值進行插值填充，建立當地坐標系下的磁場柵格指紋庫。

2.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟1中所述位置為三維位置，即北向位置、東向位置和垂向位置；姿態角，即為橫滾角、俯仰角和航向角。

3.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟2的實現方式包括以下子步驟，

21)將所有位置在載體坐標系的磁場強度投影到當地坐標系下，得到每個位置在當地坐標系下的磁場強度，

22)基于局部區域內人工設施和設備所形成的磁場干擾平均值為零的假設，將所有位置在當地坐標系下的磁場強度的均值作為參考磁場強度，

上式中，下標n表示當地坐標n系，n系是以慣性傳感器IMU相位中心為原點，x軸平行于當地水平面指向正北，y軸平行于當地水平面指向正東，z軸垂直于當地水平面向下，三者構成右手系；b表示載體坐標系b系，b系是以慣性傳感器IMU相位中心為原點，x軸指向載體前進方向，y軸垂直于x軸指向載體右側，z軸與x軸和y軸垂直并構成右手系；i表示第i個位置，共計j個；為第i個位置從當地坐標系到載體坐標系的姿態旋轉矩陣；M_n，i表示第i個位置在n系下的磁場強度；M_b，i表示磁力計在第i個位置的原始輸出；M_{n_ref}表示當地坐標系n系下的參考磁場強度。

4.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟3中，磁力計原始觀測值為磁力計零偏、地球磁場和人工設備或設施形成的磁場干擾的融合磁場強度；參考磁場強度為地球磁場強度在當地水平坐標系下的投影值；磁力計參考觀測值為地球磁場在載體器坐標下的投影值。

5.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟3的實現方式包括以下子步驟，

31)將參考磁場強度通過姿態角投影到載體坐標系下的得到各個位置在載體坐標系下的磁力計參考觀測值，

M_{n_ref}表示當地坐標系n系下的參考磁場強度；

32)將載體坐標系下的磁力計參考觀測值與原始磁力計觀測值之差的均值作為磁力計零偏，補償磁力計觀測值獲得準確的磁場強度；具體計算方式如下：

式中，表示載體坐標b系下的磁力計參考觀測值，M_b，i表示磁力計在第i個位置的原始輸出；bias表示磁力計的零偏誤差；表示第i個位置補償零偏后的磁力計觀測值。

6.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟4中，對同一柵格內的磁場強度進行平滑處理，平滑方法包括：平均法、加權平均法、中位值法、最大最小值平均法、去掉最大最小值后平均法、高斯模型法。

7.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟4中，對未采集的區域，使用周圍柵格的磁場強度值進行插值填充，插值方法包括線性內插法、雙線性內插法、三次樣條內插法、最鄰近元法、高斯模型法、克里金法。

8.根據權利要求1所述一種磁力計零偏無關的磁場指紋庫生成方法，其特征在于：步驟4的具體實現方式包括以下子步驟，

41)通過姿態角將補償零偏后的磁力計觀測值投影到當地坐標系；

42)將建庫區域按照當地坐標系下的東西方向、南北方向劃分為均勻的網格，并建立局部坐標系；

43)將采集軌跡的三維位置信息，投影至局部坐標系中，并記錄采集軌跡上每個位置點所對應的網格；

44)對單個網格內所有位置點的磁場信息進行平均處理，得到該網格的高維磁場信息，與該網格的位置共同組成磁場指紋；

45)遍歷所有網格，若某一網格內不包含磁場信息，利用周圍網格的磁場信息進行內插，填補該網格的磁場信息，內插方法具體如下：

a)以需要內插的網格中心為圓心，以n米為半徑畫圓，完全包含在圓圈內的網格為待選網格，待選網格中含有磁場信息的網格為有效網格；

b)遍歷待內插網格的8個方向，即正東、正西、正南、正北、東南、東北、西南、西北，當且僅當正東、正西方向存在有效網格或正南、正北方向存在有效網格時，允許進行內插操作，否則認為待內插網格為磁場指紋庫中無效區域；

c)若判斷可以進行內插操作，分別取出8個方向上與待內插網格距離最近的有效網格；若某個方向上不存在有效網格，認定與其相對方向上的網格也無效；

d)將有效網格中的磁場信息進行加權平均處理，權重為有效網格中心到待內插網格中心距離的倒數，將權重進行歸一化處理后，得到有效網格中的磁場信息。