一種基于雙磁信標的定位定向方法技術

一種基于雙磁信標的定位定向方法，以兩個相互垂直且線圈直徑、匝數與通電電流已知的兩組螺線管制作兩個磁信標，然后將兩個磁信標安裝在已知位置作為信號源，定位目標安裝磁強計，通過磁強計的實時測量數據；設定兩個磁信標的輸出頻率，磁信標1中x軸頻率為f1、y軸頻率為f2，磁信標2中的x軸頻率為f3、y軸頻率為f4，兩個磁信標在整個坐標系中的初始位置；從待定位目標所安裝的磁力計上以大于磁信標最大頻率的二倍以上的采樣頻率提取n個數據；對采集到的數據進行傅立葉分解，分別得到兩個磁信標對應頻率的兩組信號，根據H1、H2、H3、H4確定目標，確定目標所在位置的方向向量：根據兩方向向量，確定目標所在位置，根據兩方向向量可確定兩條直線。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于雙磁信標的定位定向方法，屬于定位定向方法

技術介紹
隨著科技的發展，人們對定位服務的需求也日益強烈。在室外，隨著GPS、北斗等衛星導航系統的完善和普及，定位精度服務已經基本滿足人們的日常需求；然而這種定位方式，由于建筑物對信號強度的極大衰減導致室內衛星導航系統定位精度很差，甚至無法完成定位。復雜的室內環境給導航定位帶來很大的困難。目前，室內導航定位方法主要有以下幾種：1、基于無線網絡(WiFi、RFID、藍牙等)的定位技術，該技術主要利用接收信號強度索引(RSSI)進行測距定位，當在信號的發射端和接收端存在障礙物時，信號強度會因室內的厚木板、水泥墻等引起大幅度的衰減，造成了接收端信號不穩定，從而導致導航定位精度變差。2、基于可見光的定位方法，該方法在存在遮擋或光線無法到達的環境中時無法實現導航定位，具有很大局限性。3、基于地磁信號的定位方法，該方法主要利用室內的地磁場信息實現導航定位，但是室內環境比較復雜，特別是墻內的鋼筋等導磁性材料和眾多電子設備的存在，對地磁信號的影響較大，無法實現精確定位。4、基于慣性導航系統的方法，該方法雖然短時間內能夠提供精確的導航定位信息，但是由于其存在積累誤差，隨時間的增加，誤差越來越大，不適合單獨使用。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種基于雙磁信標的定位定向方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于雙磁信標的定位定向方法，步驟1、以兩個相互垂直且線圈直徑、匝數與通電電流已知的兩組螺線管制作兩個磁信標，然后將兩個磁信標安裝在已知位置作為信號源，定位目標安裝磁強計，通過磁強計的實時測量數據，分別解算出兩個磁信標在目標位置所產生的方向矢量，通過兩個方向矢量的交點最后可以解算出目標的位置方向信息；步驟2、設定兩個磁信標的輸出頻率，磁信標1中x軸頻率為f1、y軸頻率為f2，磁信標2中的x軸頻率為f3、y軸頻率為f4，兩個磁信標在整個坐標系中的初始位置(p1x,p1y,p1z)，(p2x,p2y,p2z)；步驟3、從待定位目標所安裝的磁力計上以大于磁信標最大頻率的二倍以上的采樣頻率提取n個數據，n越大定位精度越高，記為Hi，i＝1…n；步驟4、對采集到的數據進行傅立葉分解，分別得到兩個磁信標對應頻率的兩組信號，其中H1＝(h1x,h1y,h1z)為磁信標1中x軸產生的磁場強度、H2＝(h2x,h2y,h2z)為磁信標1中y軸產生的磁場強度、H3＝(h3x,h3y,h3z)為磁信標2中x軸產生的磁場強度，以及H4＝(h4x,h4y,h4z)為磁信標2中y軸產生的磁場強度；步驟5、根據H1、H2、H3、H4確定目標，確定目標所在位置的方向向量： N → 1 = H 1 × ( x 1 , y 1 , z 1 ) = ( ( h 1 y z 1 - h 1 z y 1 ) , ( h 1 z x 1 - h 1 x z 1 ) , ( h 1 x y 1 - h 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙磁信標的定位定向方法，其特征在于，步驟1、以兩個相互垂直且線圈直徑、匝數與通電電流已知的兩組螺線管制作兩個磁信標，然后將兩個磁信標安裝在已知位置作為信號源，定位目標安裝磁強計，通過磁強計的實時測量數據，分別解算出兩個磁信標在目標位置所產生的方向矢量，通過兩個方向矢量的交點最后可以解算出目標的位置方向信息；步驟2、設定兩個磁信標的輸出頻率，磁信標1中x軸頻率為f1、y軸頻率為f2，磁信標2中的x軸頻率為f3、y軸頻率為f4，兩個磁信標在整個坐標系中的初始位置(p1x,p1y,p1z)，(p2x,p2y,p2z)；步驟3、從待定位目標所安裝的磁力計上以大于磁信標最大頻率的二倍以上的采樣頻率提取n個數據，n越大定位精度越高，記為Hi，i＝1…n；步驟4、對采集到的數據進行傅立葉分解，分別得到兩個磁信標對應頻率的兩組信號，其中H1＝(h1x,h1y,h1z)為磁信標1中x軸產生的磁場強度、H2＝(h2x,h2y,h2z)為磁信標1中y軸產生的磁場強度、H3＝(h3x,h3y,h3z)為磁信標2中x軸產生的磁場強度，以及H4＝(h4x,h4y,h4z)為磁信標2中y軸產生的磁場強度；步驟5、根據H1、H2、H3、H4確定目標，確定目標所在位置的方向向量：N→1=H1×(x1,y1,z1)=((h1yz1-h1zy1),(h1zx1-h1xz1),(h1xy1-h1yx1))=(T1x,T1y,T1z)]]>N→2=H2×(x2,y2,z2)=((h2yz2-h2zy2),(h2zx2-h2xz2),(h2xy2-h2yx2))=(T2x,T2y,T2z)]]>R→1=N→1×N→2=((T1xT2z-T1zT2x),(T1zT2x-T1xT2z),(T1xT2z-T1zT2x))=(R1x,R1y,R1z)]]>N→3=H3×(x3,y3,z3)=((h3yz3-h3zy3),(h3zx3-h3xz3),(h3xy3-h3yx3))=(T3x,T3y,T3z)]]>N→4=H4×(x4,y4,z4)=((h4yz4-h4zy4),(h4zx4-h4xz4),(h4xy4-h4yx4))=(T4x,T4y,T4z)]]>R→2=N→3×N→4=((T3xT4z-T3zT4x),(T3zT4x-T3xT4z),(T3xT4z-T3zT4x))=(R2x,R2y,R2z)]]>其中(x1,y1,z1)為在磁信標1中，x軸正方向的實際方向向量，(x1,y1,z1)＝(1,0,0)，(x2,y2,z2)為在磁信標1中，y軸正方向的實際方向向量，(x2,y2,z2)＝(0,1,0)，(x3,y3,z3)為在磁信標2中，x軸正方向的實際方向向量，(x3,y3,z3)＝(1,0,0)，(x4,y4,z4)為在磁信標2中，y軸正方向的實際方向向量，(x4,y4,z4)＝(0,1,0)；為垂直于平面o1x1P的法向量，為垂直于平面o1y1P的法向量，因此，垂直于o1P，垂直于o1P，于是為o1P的方向向量，同理可得為o2P的方向向量；步驟6、根據兩方向向量，確定目標所在位置，根據兩方向向量可確定兩條直線：x-p1xR1x=y-p1yR1y=z-p1zR1z=k1]]>x-p2xR2x=y-p2yR2y=z-p2zR2z=k2]]>則目標點P為兩條直線的交點：R1x*k1?R2xk*k2＝?p1x+p2xR1y*k1?R2yk*k2＝?p1y+p2y然后分別得到k1、k2，則目標位置P＝(k1*R1x+p1x,k1*R1y+p1y,k1*R1z+p1z)＝(Px,Py,Pz)θ=arctan(PxPy)]]>β=arccos(PxPx2+Py2+Pz2)]]>其中磁強計所測量的數據均為通過姿態矩陣將目標本地坐標系下的磁場測量數據轉換到所建立的模型坐標系后的數據。...

【技術特征摘要】
1.一種基于雙磁信標的定位定向方法，其特征在于，步驟1、以兩個相互垂直且線圈直徑、匝數與通電電流已知的兩組螺線管制作兩個磁信標，然后將兩個磁信標安裝在已知位置作為信號源，定位目標安裝磁強計，通過磁強計的實時測量數據，分別解算出兩個磁信標在目標位置所產生的方向矢量，通過兩個方向矢量的交點最后可以解算出目標的位置方向信息；步驟2、設定兩個磁信標的輸出頻率，磁信標1中x軸頻率為f1、y軸頻率為f2，磁信標2中的x軸頻率為f3、y軸頻率為f4，兩個磁信標在整個坐標系中的初始位置(p1x,p1y,p1z)，(p2x,p2y,p2z)；步驟3、從待定位目標所安裝的磁力計上以大于磁信標最大頻率的二倍以上的采樣頻率提取n個數據，n越大定位精度越高，記為Hi，i＝1…n；步驟4、對采集到的數據進行傅立葉分解，分別得到兩個磁信標對應頻率的兩組信號，其中H1＝(h1x,h1y,h1z)為磁信標1中x軸產生的磁場強度、H2＝(h2x,h2y,h2z)為磁信標1中y軸產生的磁場強度、H3＝(h3x,h3y,h3z)為磁信標2中x軸產生的磁場強度，以及H4＝(h4x,h4y,h4z)為磁信標2中y軸產生的磁場強度；步驟5、根據H1、H2、H3、H4確定目標，確定目標所在位置的方向向量： N → 1 = H 1 × ( x 1 , y 1 , z 1 ) = ( ( h 1 y z 1 - h 1 z y 1 ) , ( h 1 z x 1 - h 1 x z 1 ) , ( h 1 x y 1 - h 1 y x 1 ) ) = ( T 1 x , T 1 y , T 1 z ) ]]> N → 2 = H 2 × ( x 2 , y 2 , z 2 ) = ( ( h 2 y z 2 - h 2 z y 2 ) , ( h 2 z x 2 - h 2 x z 2 ) , ( h 2 x y 2 - h 2 y x 2 ) ) = ( T 2 x , T 2 y , T 2 z ) ]]> R → 1 = N → 1 × N → 2 = ( ( T 1 x T 2 z - T 1 z T 2 x ) , ( T 1 z T 2 x - T 1 x T 2 z ) , ( T 1 x T 2 z - T 1 z T 2 x ) ) = ( R 1 x , R 1 y , R 1 z ) ]]> N → 3 = H 3 × ( x 3 , y 3 , z 3 ) = ( ( h ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李清華，鄭元勛，解偉男，張大成，劉元，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23