[發(fā)明專利]基于磁異?？倛銎ヅ涠ㄎ凰惴ǖ乃履繕朔植际浇M網(wǎng)定位方法

有效

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• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113218393B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高俊奇;沈瑩;王嘉增
• 申請（專利權(quán)）人: 青島海月輝科技有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

1.基于磁異?？倛銎ヅ涠ㄎ凰惴ǖ乃履繕朔植际浇M網(wǎng)定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟一：異常區(qū)域檢查，所述目標分布式組網(wǎng)為磁傳感器觀測網(wǎng)，所述磁傳感器觀測網(wǎng)由多個觀測節(jié)點組成，所述觀測節(jié)點為磁傳感器，通過相鄰觀測節(jié)點劃分為多個檢測區(qū)域，當入侵鐵磁目標物出現(xiàn)在磁傳感器觀測網(wǎng)的監(jiān)控范圍內(nèi)時，目標物周圍的多個觀測節(jié)點均會檢測到相應(yīng)的磁異常信號，進而初步確定入侵鐵磁目標物所在的檢測區(qū)域；

步驟二：區(qū)域內(nèi)定位，在初步確定入侵鐵磁目標物所在的檢測區(qū)域后，利用異常節(jié)點的數(shù)據(jù)在所述檢測區(qū)域內(nèi)展開進一步的搜索，獲得更為精確的目標位置；

步驟三：設(shè)定入侵鐵磁目標物與傳感器處于同一平面，即2維模型，使用求取最小平方誤差e的方式來估算目標物位置

在步驟三中，入侵目標物的位置為L_m(x_m,y_m)，異常區(qū)域邊緣的第i個異常節(jié)點的坐標位置為L_i(x_i,y_i)，所觀測到的總場信號為|B_i|,根據(jù)所述的2維模型假設(shè)，則有：

將μ₀|m|k/4π看作為一未知常量，同時設(shè)不同的傳感器節(jié)點的ρ均為常量，推導(dǎo)出兩個異常傳感器節(jié)點信號滿足以下公式：

其中，N為異常節(jié)點的個數(shù)，入侵物的位置至少需要三個異常節(jié)點的數(shù)據(jù)即可進行求解；

假定入侵目標出現(xiàn)在異常區(qū)域內(nèi)，對公式(4)解的范圍進行限定，即x_m∈[min(x_i),max(x_i)]，y_m∈[min(y_i),max(y_i)]；對解的范圍劃分網(wǎng)格，使用求取最小平方誤差e的方式來估算目標物位置

步驟四：利用卡爾曼濾波算法，提高總場定位算法在進行目標跟蹤時的準確性；

在步驟四中，仍設(shè)定目標物與傳感器都處于同一平面上，即2維模型；設(shè)定入侵物在采樣間隔為△T情況的真實狀態(tài)s(k)為：

s(k)＝[x_m(k)?y_m(k)?v_x(k)?v_y(k)]^T????(6)

其中，k為當前時刻，v_x(k)為在2維模型中，x軸向k時刻的運動速度，v_y(k)為2維模型中，y軸向k時刻的運動速度；

經(jīng)過步驟一至步驟三的異常節(jié)點定位算法，給出了該時刻的入侵物估計位置z(k)為：

z(k)＝Hs(k)+N(k)??????(7)

其中，上角標^表示為對參數(shù)的估計；N(k)為觀測噪聲，是由于傳感器觀測噪聲及定位算法的誤差所引起的，且滿足均值為0，方差為Q的高斯分布；H為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，描述了觀測位置量與真實狀態(tài)量之間的關(guān)系：

假定目標物在一定時間內(nèi)滿足勻速直線運動，得到兩個相鄰觀測時刻的狀態(tài)信息s(k|k-1)滿足如下公式：

s(k|k-1)＝As(k-1)+W(k)????????(9)

其中W(k)為過程噪聲，A表示前后兩個狀態(tài)之間的預(yù)測矩陣：

公式(7)與(9)構(gòu)成了該入侵物的運動狀態(tài)方程；

使用卡爾曼濾波算法來進一步降低目標跟蹤的誤差，所述卡爾曼濾波算法分為以下預(yù)測過程公式(11)和(12)，校正過程公式(13)、(14)和(15)；

P(k|k-1)＝AP(k-1)A^T+Q????(12)

K(k)＝P(k|k-1)H^T(HP(k|k-1)H^T+R)^-1????(13)

P(k)＝(I-K(k)H)P(k|k-1)????(15)

其中，P(k)為估計誤差協(xié)方差矩陣，P(k|k-1)是預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣，K為卡爾曼增益；為卡爾曼濾波后的最終輸出結(jié)果。