[发明专利]一种基于地磁信号极值检测与特征匹配的定位方法

说明书

技术领域

本发明属于定位领域。

背景技术

随着智慧城市概念的推广与相关技术的飞速发展，位置信息的重要性不言而喻，大大促进了定位技术的快速发展，衍生出多种基于不同信号源的定位技术。

基于地磁信号的定位技术目前处于起步阶段。根据地磁场理论，地磁场是地球的基本物理场，处在地球近地空间内任意一点都具有磁场强度，且其强度和方向会随着不同的经、纬度和高度而不同。同时，根据磁场理论，磁性物质对磁场会有影响。现代的建筑大都是钢筋混凝土或钢结构，它们会在局部空间上弯曲地磁场，具有一定的独特性，并且在时间上具有较好的稳定性。此外，地磁信号采集不需要借助基础设施，能耗也相对较小。因此，利用不同空间的磁场差异性可以进行精准有效的实时定位，具有很好的应用价值和发展空间。

常见的地磁定位方法大多基于匹配的方法，通过实时采样的地磁数据与数据库中已知位置的地磁特征进行匹配来获取相应的位置信息，但实际应用中还存在一些问题需要解决：(1)地磁强度不具备唯一性，存在多个物理位置对应相同的地磁信号强度，因此，基于单点匹配的方法往往需要结合其它定位方法进行定位，无法独立存在。(2)基于线匹配的连续定位方法多以最小均方误差为目标函数寻找最优解，但得到的可能并非真实轨迹，并且该类方法往往计算量较大。(3)由于待定位目标的移动速度不同，实时定位时采集的地磁信号序列和数据库中的地磁信号序列往往存在时间长度上的比例缩放问题，给基于线匹配的定位方法带来一定困难。

发明内容

本发明提出了一种基于地磁信号极值检测与特征匹配的定位方法，通过对实时采集的地磁信号进行有效的极值点检测，并构成待匹配地磁特征向量，与已建数据库中的地磁特征向量进行相似度匹配，输出匹配成功的地磁点所对应的位置坐标作为当前时刻的定位结果。本方法利用少量的地磁极值点信息，有效避免了连续定位时地磁信号序列的比例缩放问题，具有鲁棒性强、定位精度高、计算量小等优点，既可作为独立的定位方法，也可与其它定位方法进行融合，广泛应用在多种室内外场景。

为了实现上述目的，本发明的内容主要包括：

一、基于地磁信号极值检测与特征匹配的定位方法总流程

步骤1：对于待定位目标，按一定时间周期T获取其所在位置的地磁信号强度。

步骤2：对地磁信号强度进行平滑滤波处理，抑制信号采集过程中的噪声。平滑滤波可以包括但不限于如下方法：均值滤波、高斯滤波、中值滤波、最值滤波、或者以上其中几种的组合方式。

步骤3：对地磁信号强度进行极值点检测。若未检测到极值点，当前时刻不输出地磁定位结果，并返回步骤1；若检测到极值点，则构建待匹配地磁特征向量，并执行步骤4。

步骤4：将待匹配地磁特征向量与已建数据库中的地磁特征向量进行相似度匹配。若匹配失败，当前时刻不输出地磁定位结果，并返回步骤1；若匹配成功，则将对应匹配点的位置坐标作为当前时刻输出的地磁定位结果。

二、地磁信号强度的极值点检测

本发明中所述的极值点，是指某一时刻的地磁信号强度大于(或小于)其所在一段时间内的任何其它时刻的地磁信号强度，并且与其位置相邻的其它极值点的信号强度差值超过设定的阈值。极值点检测可以是地磁信号强度的极大值、极小值或二者共同。假设输出检测标识为mFlag：若mFlag＝1，表示当前时刻检测到极大值点；若mFlag＝-1，表示当前时刻检测到极小值点；若mFlag＝0，表示当前时刻未检测到极值点。

本发明中的极值点检测方法，根据地磁信号强度在上一时刻的升降状态(上升或下降)及当前时刻与上一时刻的大小比较，确定当前时刻的升降状态，从升降状态的转移情况来判断是否出现极值点。具体包括以下4种情况：

Case 1：上一时刻处于上升状态，且当前时刻信号强度≥上一时刻。此时，地磁信号强度继续保持上升，当前时刻并非是极值点。

Case 2：上一时刻处于上升状态，且当前时刻信号强度＜上一时刻。此时，地磁信号强度停止上升且转为下降，上一时刻可能为极大值点。

Case 3：上一时刻处于下降状态，且当前时刻信号强度≤上一时刻。此时，地磁信号强度继续保持下降，当前时刻并非是极值点。

Case 4：上一时刻处于下降状态，且当前时刻地磁强度＞上一时刻。此时，地磁信号强度停止下降且转为上升，上一时刻可能为极小值点。