[發明專利]一種基于磁場特征值的磁信標定向方法、存儲介質及設備

有效

• 申請號: 202111571175.4
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114234958B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李清華;李新年;王常虹;王振桓;周子健;夏子權
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 時起磊

一種基于磁場特征值的磁信標定向方法、存儲介質及設備，它屬于導航、制導與控制技術領域。本發明解決了目前的基于低頻磁場的人工磁信標定向方法的定向精度低的問題。本發明方法具體包括以下步驟：步驟1、利用三個頻率不同、幅值相同且相位相差60°的正弦激勵信號經功率放大器放大后分別激勵磁信標的三個螺線管，產生時變磁場；步驟2、根據正弦激勵信號的頻率提取對應螺線管的磁場矢量；步驟3、分別令三組磁場矢量中任意一組磁場矢量的轉置與另一組的磁場矢量相乘提取特征值；步驟4、構建用于定向解算的非線性方程組；步驟5、利用灰狼優化器對傳感器與磁信標之間的相對方位進行最優估計。本發明方法可以應用于磁信標定向。

技術領域

本發明屬于導航、制導與控制技術領域，具體涉及一種基于磁場特征值的磁信標定向方法。

背景技術

社會飛速發展的今天，人類的生存空間也更加豐富多彩，復雜程度也遠超之前，人們對高新技術也有了更大的需求，人類對特殊場景下的高精度定向技術也有了更高的需求。定向技術作為一種與人類生活密切相關的傳統技術，在機器人技術、物聯網技術、無人系統等領域同樣扮演著不可或缺的角色，而由于室內、地下等復雜非視距場景的惡劣情況，傳統的GNSS衛星導航系統、視覺導航系統在室內、地下等場景無法提供高精度的定向服務，而慣性導航系統存在積累誤差，無法長時間提供高精度的定向服務。

基于低頻磁場的人工磁信標定向技術是一種具備高穿透能力的定向技術，能夠在GPS拒止的室內、地下等環境中提供高精度的定向服務，因此在非視距復雜場景定向技術領域具有十分巨大的研究價值。但是目前基于低頻磁場的人工磁信標定向方法通常采用慣性測量元件所提供的傳感器姿態信息來輔助人工磁信標系統實現復雜場景下的精確定向，這樣不僅增大了系統成本，而且慣性單元解算的傳感器姿態誤差也進一步影響了人工磁信標系統的定向精度，導致人工磁信標系統的定向精度仍然較低。

發明內容

本發明的目的是為解決目前的基于低頻磁場的人工磁信標定向方法的定向精度低的問題，而提出了一種基于磁場特征值的磁信標定向方法。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：

一種基于磁場特征值的磁信標定向方法，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1、產生三路頻率不同、幅值相同且相位依次相差60°的正弦激勵信號，再分別對三路正弦激勵信號進行放大，獲得放大后的三路正弦激勵信號；

利用放大后的三路正弦激勵信號分別激勵磁信標的三個通電螺線管，其中，第一個通電螺線管與全局坐標系的x軸重合，第二個通電螺線管與全局坐標系的y軸重合，第三個通電螺線管與全局坐標系的z軸重合，各個通電螺線管在空間中分別產生對應的時變磁場；

步驟2、將傳感器放置在目標點處采集磁場數據，從采集的磁場數據中分別提取出各個通電螺線管的磁場矢量；

步驟3、根據提取出的各個通電螺線管的磁場矢量，提取出磁場矢量的特征值；

步驟4、根據提取出的磁場矢量特征值，構建用于磁信標定向的非線性方程組；

步驟5、基于步驟4構建的非線性方程組，對傳感器與磁信標之間的相對方位進行最優估計。

進一步地，所述分別對三路正弦激勵信號進行放大，所采用的是線性功率放大器；

所述傳感器為三軸磁強計。

進一步地，所述各個通電螺線管的磁場矢量為：