[發明專利]基于磁梯度的運動速度估計方法及裝置

有效

• 申請號: 202210069819.8
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114526730B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 周璇;梁列全;彭宏偉;杜梓鈞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣東財經大學;上海創感傳感技術有限公司;廣州市合天信息科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于磁梯度的速度估計方法及裝置，方法步驟為：觸發航姿參考系統并同步引發磁傳感器陣列模塊對載體進行測量；根據航姿參考系統返回的姿態四元數數據計算旋轉矩陣，根據航姿參考系統返回的角速度數據計算角速度反對稱陣；采集磁傳感器陣列模塊中各磁傳感器數據，計算得到磁場梯度，同時根據航姿參考系統返回的磁場數據計算磁場矢量；將計算得到的旋轉矩陣、角速度反對稱陣、磁場梯度及磁場矢量數據輸入MCU控制模塊中進行計算，得到載體運動速度。本發明根據航姿參考系統獲取的姿態信息、角速度信息，以及從磁傳感器陣列獲得的室內磁場梯度信息估計載體運動速度，修正慣性導航的速度積分漂移，提高室內導航定位系統的精度及魯棒性。

技術領域

本發明涉及室內導航定位技術領域，具體涉及一種基于磁梯度的運動速度估計方法及裝置。

背景技術

隨著城市化進程的加快，衛星導航定位技術的發展給人們出行生活帶來了諸多便利。建筑的復雜化與大型化也成為了城市建筑發展的趨勢。然而這兩種趨勢也為人們帶來了問題：容易在建筑中迷失方向。該問題換在室外，可簡單地通過GPS組合導航定位系統解決。然而，由于通過電磁波傳播的GPS信號容易衰減，在室內復雜環境中使用GPS組合導航定位系統往往效果不佳，需要通過其它手段獲得位置信息，這是當前室內導航定位系統需要解決的主要問題之一；同時，與室外環境相比室內空間相對較小，室外導航定位中達到的米級精度在室內則無法滿足要求，室內的精確導航定位需要達到分米，甚至厘米級別的精度。如何高精度是當前室內導航定位系統需要解決的另一主要問題。

傳統的慣性導航可通過對加速度二次積分得到載體位移，但由于低成本慣性器件精度不高，最終導致較大的累積誤差，需要額外的輔助信息源對速度或位置信息進行量測；按輔助信息源獲取所使用的傳感方式進行分類，領域內常見的室內導航定位技術有基于視覺的室內導航定位、基于無線技術的室內導航定位、基于激光傳感器的室內導航定位、基于地磁匹配或磁力信標的室內導航定位和基于行人航位推算的室內導航定位；而這些現有的技術方案均有不同程度的限制；

基于無線技術的室內導航定位，需要在定位范圍內安裝相應的信號發送或接收設備，從成本及工程量上考慮不占據優勢，且對于無信號覆蓋的地域則無法使用；

基于視覺和激光的室內導航定位技術，對環境的光照條件、空氣質量具有一定要求，光線的明暗變化、空氣中煙霧等因素會對定位結果造成影響，且其較為龐大的數據量也對平臺的處理能力提出要求，功耗較大也是此種定位方案的一個缺點；

基于地磁匹配的室內導航定位技術，需要先對導航定位范圍內的地磁環境進行數據采集并構建數據庫，對于沒有地磁數據庫的范圍則無法使用；

基于磁力信標的室內導航定位技術，類似于無線導航定位技術，需要事先布設信標，對沒有布設信標的地域無法使用；

基于行人航位推算的室內導航定位，由于航位推算算法基于行人的運動規律，無法在定位目標為行人以外的目標如車載的情況下使用，應用范圍具有一定的局限性。

因此，高精度、低功耗、自主工作以及能適應多種場景的室內導航定位系統的研究依然是室內導航定位領域的研究熱點，尋找符合上述要求的輔助信息源是研究方向之一。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于磁梯度的運動速度估計方法及裝置，根據航姿參考系統獲取的姿態信息和角速度信息，以及從磁傳感器陣列獲得的室內磁場梯度信息，獲取載體的運動速度作為輔助信息源，修正慣性導航的速度積分漂移，提高室內導航定位系統的精度以及魯棒性。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明一方面提供了一種基于磁梯度的運動速度估計方法，包括以下步驟：

S1、觸發航姿參考系統并同步引發磁傳感器陣列模塊對載體進行測量；根據航姿參考系統返回的姿態四元數數據計算旋轉矩陣，根據航姿參考系統返回的角速度數據計算角速度反對稱陣；