一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟：S1，建立地磁場數(shù)據(jù)庫；S2，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出運動載體行走過程中的磁場強度有限點集合A＝{a1,a2,a3…,ap}和運動載體行走軌跡位置的有限點集合{X,Y}＝{(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),…,(xp,yp)}，然后根據(jù)每個相對位置與地磁數(shù)據(jù)庫得出新地磁數(shù)據(jù)點集合B＝{b1,b2,b3,…,bp}，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將磁場強度有限點集合A＝{a1,a2,a3…,ap}與新地磁數(shù)據(jù)點集合B＝{b1,b2,b3,…,bp}進行計算出運動載體的整個軌跡豪斯多夫距離dH(HN,H’N)；S3，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)豪斯多夫距離得出室內(nèi)軌跡，最終通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會通過室內(nèi)軌跡遍歷整個地磁場數(shù)據(jù)庫得出其當(dāng)前室內(nèi)具體位置。本發(fā)明使得能夠進行室內(nèi)定位，定位的精確度更高，更加能夠滿足現(xiàn)代人們的需求。
【專利說明】
一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地理導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在如今的軍事民生方面，導(dǎo)航技術(shù)儼然已經(jīng)成為一種非常重要的技術(shù)，作為當(dāng)前非常熱門的技術(shù)之一，目前導(dǎo)航的手段較多，一般有無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航，而現(xiàn)有的導(dǎo)航技術(shù)都存在缺陷:
[0003]無線電導(dǎo)航一無線電導(dǎo)航信號包括WLAN、GPS導(dǎo)航和雷達導(dǎo)航等，雖然克服了誤差累積的問題，且具有精度高，但是布置成本高，同時在室內(nèi)容易受到建筑物內(nèi)部構(gòu)造造成信號干擾，從而無法適合在室內(nèi)進行導(dǎo)航。
[0004]天文導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航一天文導(dǎo)航主要是利用對自然天體的測量來確定自身位置和航向的導(dǎo)航技術(shù);衛(wèi)星導(dǎo)航是指采用導(dǎo)航衛(wèi)星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導(dǎo)航定位的技術(shù)，常見的GPS導(dǎo)航，北斗星導(dǎo)航等均為衛(wèi)星導(dǎo)航，其天文導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航主要是應(yīng)用在航天器上，而在室內(nèi)中其成本較高，導(dǎo)航容易受到建筑物的內(nèi)部構(gòu)造的影響，從而使得導(dǎo)航精度不夠高。
[0005]慣性導(dǎo)航一慣性器件導(dǎo)航利用慣性元件(加速度計)來測量運載體本身的加速度，經(jīng)過積分和運算得到速度和位置，從而達到對運載體導(dǎo)航定位的目的，慣性器件導(dǎo)航是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，它具有自主性強，抵抗外界干擾能力強等特點，但是會隨著時間增長產(chǎn)生累積誤差的問題，其中慣性導(dǎo)航中應(yīng)用較多的是地磁匹配的慣性導(dǎo)航，而地磁匹配的慣性導(dǎo)航一般用于導(dǎo)彈和飛機等載體在室外且廣闊的范圍內(nèi)進行匹配計算，但是在室內(nèi)進行導(dǎo)航很容易受到建筑物構(gòu)造和金屬物等障礙物會對磁場進行干擾，使得室內(nèi)導(dǎo)航精度得不到保障，且現(xiàn)有的地磁數(shù)據(jù)庫很難適應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)航的需求，其花費的成本較高，無法適用現(xiàn)在發(fā)展需求。
[0006]總而言之，現(xiàn)有的導(dǎo)航技術(shù)一般都是使用在室外，而將這些室外導(dǎo)航技術(shù)使用在室內(nèi)其精度不是很高，所以不能夠準確的進行定位，從而無法幫助人們進行定位導(dǎo)航，無法達到使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的提供了一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0009 ] 一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟:
[0010]步驟I，建立地磁場數(shù)據(jù)庫，利用校準完成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)收集所要室內(nèi)的數(shù)據(jù)，所述建立地磁場數(shù)據(jù)庫具體步驟為:a，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的高精度磁傳感器在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處收集磁場數(shù)據(jù);b，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處停留一段時間S，其停留一段時間S優(yōu)先為5秒，再將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁場強度值截取中間若干個，若干個的磁場強度值組成一個集合M，從而計算出集合M的均值Ma=M/Ms，所述再將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁場強度值截取中間若干個為5個，若干個的磁場強度值組成一個集合M，5個磁場強度值組成一個集合M具體表示為M = {mi，m2，m3，IM，ms}，其集合M的均值根據(jù)Ma=M/Ms可以得到Ma= M/5，若干個的磁場強度值組成一個集合11^表示集合M的個數(shù);C，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將得到集合M的均值Ma依次錄入到磁場數(shù)據(jù)中的網(wǎng)格點交點中，從而完成自建立網(wǎng)格型的地磁場數(shù)據(jù)庫，其地磁場數(shù)據(jù)庫的單位規(guī)格是dx X dy，X和y分別是地磁數(shù)據(jù)庫中網(wǎng)格的橫坐標和縱坐標，dx表示數(shù)據(jù)庫中的橫軸長度，dy表示數(shù)據(jù)庫中的縱軸長度，其中地磁場數(shù)據(jù)庫中的網(wǎng)格的寬度是0.6米的間隔；
[0011]步驟2，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出運動載體行走過程中的磁場強度有限點集合A={ai，a2，a3…，aP}和運動載體行走軌跡位置的有限點集合{X，Y} = {(xi，yi)，(X2，y2)，(X3，y3)，…，(xP，yP)}，磁場強度有限點集合A= {ai，a2，a3...，aP}是通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁傳感器輸出的，且輸出位置{X，Y}集合中每個點的數(shù)據(jù)均是相對于初始點E(0，0)位置，然后將初始點的位置設(shè)置為W(x，y)，根據(jù)初始點位置W(x，y)計算出運動載體行走軌跡位置與初始點位置W(x，y)的相對位置，然后根據(jù)每個相對位置與地磁數(shù)據(jù)庫得出新地磁數(shù)據(jù)點集合B={bi，b2，b3，…，bP}，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將磁場強度有限點集合A= {ai，a2，a3…，aP}與新地磁數(shù)據(jù)點集合B= Ib1J2J3,…，bP}進行計算，然后得出運動載體的整個軌跡豪斯多夫距離dH(冊，!^)，例如其中匹配區(qū)域中新磁場有限點集合8=(131，132，133廣_，13[))中是由運動載體行走軌跡位置的有限點集合^丫卜仏^山匕^^仏^久…人&^丨根據(jù)設(shè)置的初始點胃(^7)并按照公式{0/0.6+4，(￥/0.6+7)}得到當(dāng)前行走軌跡的網(wǎng)格點坐標，然后根據(jù)坐標在自建的地磁數(shù)據(jù)庫中找出對應(yīng)網(wǎng)格的磁場數(shù)據(jù)，由于每個網(wǎng)格都有4個數(shù)據(jù)，所以對這4個數(shù)據(jù)取平均值，最后輸出得到點集1有限點集合厶={&1，&2，#-，~}中的數(shù)據(jù)都是載體在行走過程中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)自動記錄下的經(jīng)過的區(qū)域的磁場強度，記錄頻率可以根據(jù)需要制定，從而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)計算出運動載體的整個軌跡豪斯多夫dH(HN,H，N)，其中每個軌跡點所在地磁場數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)格坐標中；
[0012]步驟3，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)豪斯多夫距離得出室內(nèi)軌跡，其公式為:dH(HN，H，N)=mindH(HN，U)(H，NeU)，也就是U表示當(dāng)前匹配區(qū)域,Hn表示點集合A，H，n表示室內(nèi)最佳匹配位置點的集合，最終通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會通過室內(nèi)軌跡遍歷整個地磁場數(shù)據(jù)庫得出其當(dāng)前室內(nèi)具體位置。
[0013]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有克服現(xiàn)有室內(nèi)定位方法中地磁場數(shù)據(jù)庫中花費成本較高，使得能夠進行室內(nèi)定位，更加符合室內(nèi)復(fù)雜的狀況，也有利于避免了傳統(tǒng)地磁匹配慣性定位中多點匹配中，點對點關(guān)系必須明確的缺點，使得精度更加準確，更加適合現(xiàn)代發(fā)展需求。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的其中一處樓層地磁數(shù)據(jù)庫模型。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明結(jié)合圖1和圖2作出如下具體的說明。
[0017]一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟:
[0018]步驟I，建立地磁場數(shù)據(jù)庫，利用校準完成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)收集所要室內(nèi)的數(shù)據(jù)，所述建立地磁場數(shù)據(jù)庫具體步驟為:a，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的高精度磁傳感器在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處收集磁場數(shù)據(jù);b，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處停留一段時間S，其停留一段時間S優(yōu)先為5秒，再將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁場強度值截取中間若干個，若干個的磁場強度值組成一個集合M，從而計算出集合M的均值Ma=M/Ms，所述再將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁場強度值截取中間若干個為5個，若干個的磁場強度值組成一個集合M，5個磁場強度值組成一個集合M具體表示為M = {mi，m2，m3，IM，ms}，其集合M的均值根據(jù)Ma=M/Ms可以得到Ma= M/5，若干個的磁場強度值組成一個集合11^表示集合M的個數(shù);C，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將得到集合M的均值Ma依次錄入到磁場數(shù)據(jù)中的網(wǎng)格點交點中，從而完成自建立網(wǎng)格型的地磁場數(shù)據(jù)庫，其地磁場數(shù)據(jù)庫的單位規(guī)格是dx X dy，X和y分別是地磁數(shù)據(jù)庫中網(wǎng)格的橫坐標和縱坐標，dx表示數(shù)據(jù)庫中的橫軸長度，dy表示數(shù)據(jù)庫中的縱軸長度，其中地磁場數(shù)據(jù)庫中的網(wǎng)格的寬度是0.6米的間隔；
[0019]步驟2，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出運動載體行走過程中的磁場強度有限點集合A={ai，a2，a3…，aP}和運動載體行走軌跡位置的有限點集合{X，Y} = {(xi，yi)，(X2，y2)，(X3，y3)，…，(χP，yP)}，且輸出位置{x，Y}集合中每個點的數(shù)據(jù)均是相對于初始點E(o，o)位置，然后將初始點的位置設(shè)置為W(x，y)，根據(jù)初始點位置W(x，y)和相對位置有限點集合{X，Y} ={(xi，yi)，(Χ2，y2)，(Χ3，y3)，…，(Xp，yP)}計算出運動載體行走軌跡位置，然后根據(jù)每條軌跡位置與地磁數(shù)據(jù)庫得出每條軌跡對應(yīng)的新地磁數(shù)據(jù)點集合B=Ibib2A3r^bpK慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將磁場強度有限點集合A= {ai，a2，a3…，aP}與新地磁數(shù)據(jù)點集合B= {bi，b2，b3，…，bP}進行計算，然后得出運動載體的整個軌跡豪斯多夫距離dH(HN,H，N)，例如其中匹配區(qū)域中新磁場有限點集合B = (bi，b2，b3，…，bP)中是由運動載體行走軌跡位置的有限點集合{X，Y}=Kxi’yi)，(X2，y2)，(X3，y3)，…，(xP，yP)}根據(jù)設(shè)置的初始點W(x，y)并按照公式{(Χ/0.6+χ)，(Y/0.6+y)}得到當(dāng)前行走軌跡的網(wǎng)格點坐標，然后根據(jù)坐標在自建的地磁數(shù)據(jù)庫中找出對應(yīng)網(wǎng)格的磁場數(shù)據(jù)，由于每個網(wǎng)格都有4個數(shù)據(jù)，所以對這4個數(shù)據(jù)取平均值，最后輸出得到點集8，有限點集合4={&1，&2，&3-_，~}中的數(shù)據(jù)都是載體在行走過程中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)自動記錄下的經(jīng)過的區(qū)域的磁場強度，記錄頻率可以根據(jù)需要制定，從而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)計算出運動載體的整個軌跡dH(HN，H，N)，其中每個軌跡點所在地磁場數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)格坐標中；
[0020]步驟3，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)豪斯多夫距離得出室內(nèi)軌跡，其公式為:dH(HN，H，N)=11^11(111(冊，1])(!1，斤1])，其中1]表示點集合8，也就是1]表示當(dāng)前匹配區(qū)域，冊表示點集合4，!^表示室內(nèi)最佳匹配位置點的集合，最終通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會通過室內(nèi)軌跡遍歷整個地磁場數(shù)據(jù)庫得出其當(dāng)前室內(nèi)具體位置。
[0021]本發(fā)明具體舉例實現(xiàn)對室內(nèi)行走軌跡定位導(dǎo)航具體實施如下:在第一次仿真中，測試區(qū)域即為圖1所示的室內(nèi)，從室內(nèi)建立的坐標系(3，I)出發(fā)沿室內(nèi)走廊(東西走向)向東走，根據(jù)地磁場數(shù)據(jù)庫取20個數(shù)據(jù)點長度的軌跡進行最終仿真，遍歷整個建筑物樓層后輸出距離測度:f6= 1445.9，f5 = 2107.25，f4= 1113.25，f3 = 1524.55，f2 = 2241.75，fi =1758.4，同時也對30、40、50個數(shù)據(jù)點軌跡仿真，其中根據(jù)地磁場數(shù)據(jù)庫50個數(shù)據(jù)點長的軌跡仿真后:f6 = 4824.05，f5 = 13909.3，f4=16268.8，f3 = 8872.4，f2 = 11359，fi = 9792.5，50個點能更好的區(qū)分樓層，同時軌跡定位結(jié)果起始點輸出為(3，2)，上述仿真每組進行10次，共50次實驗，可以發(fā)現(xiàn)采用50個點的匹配長度的序列就能夠夠輸出誤差范圍內(nèi)的定位位置，實驗表明本發(fā)明方法能夠根據(jù)自建的地磁場數(shù)據(jù)庫和慣性輸出模塊輸出信息，通過調(diào)整匹配數(shù)據(jù)序列的長度，可得到有效的匹配定位結(jié)果。
[0022]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有克服現(xiàn)有室內(nèi)定位方法中地磁場數(shù)據(jù)庫中花費成本較高，使得能夠進行室內(nèi)定位，更加符合室內(nèi)復(fù)雜的狀況，也有利于避免了傳統(tǒng)地磁匹配慣性定位中多點匹配中，點對點關(guān)系必須明確的缺點，使得精度更加準確，更加適合現(xiàn)代發(fā)展需求。
【主權(quán)項】
1.一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，建立地磁場數(shù)據(jù)庫，利用校準完成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)收集所要室內(nèi)的數(shù)據(jù)； 步驟2，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出運動載體行走過程中的磁場強度有限點集合A= {ai，a2，a3…^[^和運動載體行走軌跡位置的有限點集合^^} = !^^^:)，(X2，y2)，(X3，y3)，...，(χP，yP)}，且輸出位置{X，Y}集合中每個點的數(shù)據(jù)均是相對于初始點E(0，0)位置，然后將初始點的位置設(shè)置為1(^7)，根據(jù)初始點位置胃(1，7)和相對位置有限點集合0，￥} = {(^，yi),(X2，y2),(X3，y3)，-_，(Xp，yP)}計算出運動載體行走軌跡位置，然后根據(jù)每條軌跡位置與地磁數(shù)據(jù)庫得出每條軌跡對應(yīng)的新地磁數(shù)據(jù)點集合B= Ib^b2，b3，-_，bP}，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將磁場強度有限點集合A = {ai，a2，a3…，aP}與新地磁數(shù)據(jù)點集合B = {bi，b2，b3，…，bP}進行豪斯多夫距離計算，得出豪斯多夫距離； 步驟3，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)豪斯多夫距離得出室內(nèi)軌跡，其公式為:dH(HN，H’N)=mindH(冊，1])(!1’^1])，其中1]表示當(dāng)前匹配區(qū)域，冊表示點集合4，!^表示室內(nèi)最佳匹配位置點的集合，最終通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會通過室內(nèi)軌跡遍歷整個地磁場數(shù)據(jù)庫得出其當(dāng)前室內(nèi)具體位置。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述建立地磁場數(shù)據(jù)庫具體步驟為:a，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的高精度磁傳感器在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處收集磁場數(shù)據(jù);b，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處停留一段時間S，再將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁場強度值截取中間若干個，若干個的磁場強度值組成一個集合M，從而計算出集合M的均值Ma=M/Ms，若干個的磁場強度值組成一個集合M，MS表示集合M的個數(shù);c，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將得到集合M的均值Ma依次錄入到磁場數(shù)據(jù)中的網(wǎng)格點交點中，從而完成自建立網(wǎng)格型的地磁場數(shù)據(jù)庫，其地磁場數(shù)據(jù)庫的單位規(guī)格是dx X dy，X和y分別是地磁數(shù)據(jù)庫中網(wǎng)格的橫坐標和縱坐標，dx表示數(shù)據(jù)庫中的橫軸長度，dy表示數(shù)據(jù)庫中的縱軸長度。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在室內(nèi)劃分好的網(wǎng)格點交點處停留一段時間S優(yōu)先為5秒。4.如權(quán)利要求2所述的一種基于地磁場的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述再將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的磁場強度值截取中間若干個為5個，若干個的磁場強度值組成一個集合M，5個磁場強度值組成一個集合M具體表示為M= {mi,m2,m3,m4,m5}，其集合M的均值根據(jù)Ma=MM^以得到Ma=M/5。
【文檔編號】G01C21/16GK105928512SQ201610270482
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】樓喜中, 方俊, 孫宇
【申請人】杭州欣晟達信息技術(shù)有限公司