[發(fā)明專利]一種磁力計(jì)零偏無關(guān)的磁場指紋庫生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011247148.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112461223B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曠儉;牛小驥;李泰宇;劉韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C17/38
• 分類號(hào): G01C17/38;G01C25/00;G06F16/29
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

一種磁力計(jì)零偏無關(guān)的磁場指紋庫生成方法。本發(fā)明基于局部區(qū)域地磁場強(qiáng)度分量相同且磁場干擾的均值為零的假設(shè)，提供一種柵格形式的磁場指紋庫生成方法。本發(fā)明與現(xiàn)有建庫技術(shù)相比，簡單高效，對(duì)手機(jī)姿態(tài)無要求，無需標(biāo)定磁力計(jì)零偏，無需復(fù)雜的模型建立及計(jì)算方法，可以很好的解決由于磁力計(jì)零偏存在造成磁場數(shù)據(jù)庫不準(zhǔn)確的問題，使得磁場數(shù)據(jù)庫更加準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁場指紋庫生成方法。

背景技術(shù)

磁場匹配定位因其無處不在、無需額外布設(shè)、隱蔽性好等特點(diǎn)，受到導(dǎo)航定位領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并已在軍事領(lǐng)域發(fā)展了幾十年。近年來，因基于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的傳感器普及，以及人們對(duì)于室內(nèi)場景中位置服務(wù)需求的增長，基于磁場指紋匹配的室內(nèi)定位系統(tǒng)得到快速發(fā)展。磁場信息維度越高，包含的信息量越大，磁場匹配定位精度越高。在實(shí)際的磁場指紋庫構(gòu)建工作中，常常會(huì)因?yàn)橥涍M(jìn)行磁力計(jì)標(biāo)定、磁力計(jì)標(biāo)定結(jié)果不準(zhǔn)確等原因造成磁場指紋庫不準(zhǔn)確。因此如何快速高效的構(gòu)建準(zhǔn)確的磁場指紋庫是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和亟需解決的問題。

根據(jù)有限的調(diào)研，磁場指紋庫建立的方法主要分別逐點(diǎn)采集和走動(dòng)采集。逐點(diǎn)采集通過對(duì)多個(gè)位置進(jìn)行靜態(tài)采集及插值得到磁場數(shù)據(jù)庫，指紋庫精度高但建庫效率低且無法反映出磁場數(shù)據(jù)庫的零偏是否補(bǔ)償正確；走動(dòng)采集建庫效率較高但存在繁瑣的磁力計(jì)標(biāo)定工作。兩種建庫方式都存在一定弊端，一種精度和效率同時(shí)可以滿足的磁場指紋庫的建立方法仍待提出。

綜上，一種可以同時(shí)滿足磁場指紋庫的建立效率及準(zhǔn)確性的建庫方法需求迫切。本發(fā)明在已知建庫時(shí)的行走軌跡坐標(biāo)及姿態(tài)角的條件下建立柵格磁場數(shù)據(jù)庫，無需提前進(jìn)行磁力計(jì)標(biāo)定，包括但不限于此應(yīng)用場景，提出一種快速高效的高維度磁場指紋庫生成方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)走動(dòng)采集建庫方法存在繁瑣的磁力計(jì)標(biāo)定問題，本發(fā)明提出了一種磁力計(jì)零偏無關(guān)的磁場指紋庫生成方法。通過姿態(tài)角投影分別獲取當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下的參考磁場強(qiáng)度及載體坐標(biāo)系下的磁力計(jì)觀測真值后，求得磁力計(jì)的零偏。補(bǔ)償磁力計(jì)觀測值獲得已知位置的準(zhǔn)確環(huán)境磁場強(qiáng)度觀測值后，結(jié)合數(shù)據(jù)采集軌跡坐標(biāo)建立柵格磁場指紋庫。本發(fā)明無需借助任何外界設(shè)備，無需參數(shù)設(shè)置，簡單高效，具有很好的普適性，同時(shí)能夠滿足高精度高維度指紋庫的要求。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種磁力計(jì)零偏無關(guān)的磁場指紋庫生成方法，要求行走軌跡的航向角遍歷不同方向(如走閉合矩形軌跡或S形軌跡)，在基于局部區(qū)域地磁場強(qiáng)度分量相同且磁場干擾的均值為零的假設(shè)下，通過姿態(tài)投影求得磁力計(jì)零偏，并建立磁場指紋庫；所述的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1，在建立磁場指紋庫的區(qū)域行走航向角遍歷不同方向的軌跡，通過智能設(shè)備采集的傳感器數(shù)據(jù)得到行走軌跡中各個(gè)位置的坐標(biāo)、高精度姿態(tài)角及磁場信息；

步驟2，使用步驟1獲得的傳感器姿態(tài)角將所有位置的磁力計(jì)原始觀測值投影到當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下，并對(duì)所有位置的磁場投影分量進(jìn)行平均，獲得當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下的參考磁場強(qiáng)度；

步驟3，結(jié)合參考磁場強(qiáng)度和傳感器姿態(tài)角，將參考磁場強(qiáng)度投影到載體坐標(biāo)系下，獲得磁力計(jì)參考觀測值；并對(duì)所有位置的磁力計(jì)原始觀測值和參考觀測值做差，對(duì)每個(gè)位置的差值求平均獲得磁力計(jì)零偏；使用獲得的磁力計(jì)零偏補(bǔ)償磁力計(jì)原始觀測值，獲得所有位置的準(zhǔn)確環(huán)境磁場強(qiáng)度觀測值；

步驟4，基于采集的軌跡坐標(biāo)，設(shè)置覆蓋磁場數(shù)據(jù)庫區(qū)域的最小矩陣，并劃分為等大小的柵格，對(duì)同一柵格內(nèi)的磁場強(qiáng)度進(jìn)行平滑處理；對(duì)未采集的區(qū)域，使用周圍柵格的磁場強(qiáng)度值進(jìn)行插值填充，最終建立當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下的磁場柵格指紋庫。

進(jìn)一步的，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(tài)角，即為橫滾角、俯仰角和航向角。

進(jìn)一步的，步驟2的實(shí)現(xiàn)方式包括以下子步驟，

21)將所有位置在載體坐標(biāo)磁場強(qiáng)度投影到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下，得到每個(gè)位置在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下的磁場強(qiáng)度，