[發明專利]一種基于磁矩量法的地磁指紋構建方法

有效

• 申請號: 202110320443.9
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113074721B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 王威;魏東巖;紀新春;陸一;袁洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G06F16/21
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;郭德忠

本發明提供了一種基于磁矩量法的地磁指紋構建方法，能夠通過數據插值來減小遍歷采集的工作量，同時提高地磁指紋精度。本發明通過分析局部區域內的磁場分布，根據已有的采集數據，建立局部區域磁場模型，對模型所在區域內位置點進行地磁數據預測插值，獲取局部區域內的地磁信息，通過數據插值來減小遍歷采集的工作量，同時提高地磁指紋精度。

技術領域

本發明屬于地磁匹配導航地磁指紋庫構建技術領域，具體涉及一種基于磁矩量法的地磁指紋構建方法。

背景技術

針對高精度導航，目前主流的地磁導航方法是基于地磁圖的匹配導航方法。這種方法的主要的流程是先建立待導航區域的地磁指紋庫，然后導航時使用實時傳感器數據與指紋庫內數據進行匹配來得出載體的實時位置，實現定位功能。這種方法能夠得到較好定位效果的前提是其使用的高精度的地磁指紋庫，地磁指紋庫的精度會直接影響地磁導航的精度，所以為了實現精準的地磁匹配定位，對地磁指紋構建方法進行研究是十分重要的。

目前地磁導航時所使用的地磁指紋主要是導航區域內的地磁異常場，所以標準的中國地磁參考場(CGRF2010)模型是無法使用的，其尺度較大，匹配導航時無法得到有效位置。針對高精度地磁導航，目前主流的地磁指紋構建方法是通過遍歷采集導航區域內所有位置點的方式，實現區域內地磁指紋的構建。此種方法優點是精度高，實時匹配時誤差小，定位效果較好。但是此方法也有缺點，遍歷采集需要對待導航區域內所有點進行密集采集，人力物力消耗比較大，為了解決人力消耗問題，目前業內主要采用眾包和插值的方法來減小采集工作量。眾包采集可以在采集區域得到較多數據，數據量較為完善，但是不同車輛以及不同傳感器之間參數差異較大，數據難以統一，此方法應用不成熟。插值的方法是使用現有的采集數據，通過已有的插值模型擬合的方式，來計算出未采集點的數據，進而減小采集工作量。

截至目前，國內外研究人員已經提出了一些插值的算法。張曉明，趙剡等人提出一種基于克里金插值的局部地磁圖構建方法，論述了克里金插值理論能夠描述地磁場的結構分量，為地磁場的構建提供理論基礎。喬玉坤，王仕成等人提出一種采用矩諧分析和支持向量機的地磁基準圖構建方法，在導航區域中心采用矩諧分析法來預測基準數據，以提高地磁基準圖的精度并加以修正，在導航區域邊緣采用支持向量機法來預測基準數據，減弱邊界效應的影響。譚斌，林春生等人根據已有地磁測量點數據，采用徑向基函數對缺少磁測資料的邊界區域進行插值的方法，補充邊界區域地磁測量值，加強邊界約束，改善區域地磁場模型的邊界效應，提高模型精度。楊云濤，石志勇等人采用泰勒多項式擬合法建立高精度區域地磁場模型，對測量點和插值補充點進行整體擬合，建立滿足地磁匹配導航的高精度區域地磁場模型。

但是，現有的插值方法，基本上都是以數學擬合的方法進行的，通過實測的數據加以數學上的算法運算來預測未采集點的地磁值。雖然能夠解決數據插值問題，但是這些算法最主要的缺陷在于未能從磁場產生的機理上對磁來源進行分析，僅僅依靠擬合的方法不能很好地預測出未采集點的地磁數據。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于磁矩量法的地磁指紋構建方法，能夠通過數據插值來減小遍歷采集的工作量，同時提高地磁指紋精度。

為實現上述目的，本發明的一種基于磁矩量法的地磁指紋構建方法，包括如下步驟：

步驟1，首先針對場景內磁場分布進行調研，得到建筑物內鋼結構的粗位置；其次進行數據采集，對待導航區域內位置點使用地磁傳感器進行地磁數據采集；

使用誤差模型補償所有采集數據，得到不含誤差的地磁數據；

步驟2，根據不含誤差的地磁數據H和鋼結構粗位置，基于磁矩量法構建初始局部磁場模型；

使用已采集數據，對初始局部磁場模型進行迭代，其中，通過更改鋼結構線單元的位置以及參數對模型進行調整，直到采集點的模型預測值與實際值偏差均值在誤差閾值內再停止迭代，最后生成最終模型；

步驟3，使用生成的最終模型預測數據來對未采集點進行插值，實現地磁指紋庫的構建。