[发明专利]一种基于磁偏角修正的地磁匹配导航方法

说明书

本发明公开了一种基于磁偏角修正的地磁匹配导航方法，本发明先采集地磁三轴矢量磁场强度数据，建立一个网格型的地磁数据库；利用电子罗盘对磁偏角也进行采样，建立一个网格型的磁偏角误差数据库。然后通过广义延拓逼近的方法对采集的离散数据，生成网格尽可能细分的数据库文件；在线导航定位阶段，用地磁传感器测得一串地磁场强信息序列，同时惯性器件获得的加速度和方向角进行航位推算结算出运动轨迹，将运动轨迹与地磁场强信息序列整合；通过误差补偿修正运动轨迹方向。将修正后的航位推算定位结果与修正后的地磁特征匹配定位结果进行扩展卡尔曼滤波融合，获得最终的定位结果。本发明提升了航位推算的精度，减少了计算复杂度。

技术领域

本发明属于地磁导航领域，涉及到基于一种磁偏角修正的地磁特征相似性匹配导航方法。

技术背景

随着21世纪的物联网持续发展以及智能终端的普及，用户对于基于位置的服务(LBS)需求不断提升。用户急切的需要在各种地理位置场合下能获得较高定位精度的位置信息服务，目前可采用的导航方式多种多样，卫星导航系统是其中运用较为普及且非常重要的方式，如北斗导航系统、GPS导航系统、GLONASS导航系统等卫星导航系统可全天候的为导航定位服务用户提供高精度的位置信息，由于智能手机与互联网的全球性普及，在人们的日常生活中卫星导航定位服务已经深深影响了人们的生活，同时影响着社会经济的发展。但是卫星导航在某一些特殊环境里例如在深山峡谷、城市高楼大厦集中的地区、百货商店、封闭式体育馆、管廊及地下车库等区域，卫星信号受到遮挡时，卫星的定位会出现较大的误差，甚至无法定位，或者当出现信号干扰以及战争等恶劣情况时，卫星可能无法提供正常的定位服务，还可能被利用输出错误的定位信息。但是在上述卫星信号受到遮挡影响的背景环境下，却往往是用户非常希望定位得到位置服务的区域，为了考虑国防安全以及一些民用领域等需求，研究探索新型的导航定位技术成为导航定位领域的热门研究内容。

地磁导航是其中的一种研究技术。地磁导航利用地磁场的特性。地磁场是矢量场，也是空间位置的函数。当前地磁场各种全球和局部的数学模型及数据库日趋完善，高灵敏度、高可靠性、体积小、价格低廉的地磁传感器相继出现，扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)等卡尔曼滤波技术以及地磁匹配算法趋于成熟，所以可以利用在近地空间上任何一个位置均有唯一的磁场矢量相互对应的映射关系，进行地磁导航。地磁导航技术不需要大量设备成本，无辐射，成本低、隐蔽性强、误差不随时间累积的特点。已经渐渐在海、陆、空、天等领域得到应用。

由于地磁导航中的地磁匹配相较于地磁滤波易于实现，在各个导航领域的应用前景较好，通常地磁导航往往不是作为一个单一使用的导航技术，大多数是辅助惯性器件进行导航，为其提供里程信息和运动方向，所以地磁导航往往与惯性导航一起使用。但是在地磁导航中，对惯性器件的精度相比较于纯粹的惯性导航来说，精度要低很多，这样是有益于导航系统的应用普及的。

在目前的地磁匹配导航中，通常采用的两种导航方式：一种是无里程信息的地磁匹配导航技术；另一种是有里程信息的地磁匹配导航技术。前者适用于单通道，如：管廊、地面单车道等，不具备横向空间的分辨能力，在导航面积范围较大的地方，则存在计算复杂度较高的难题。后者适用于二维电子地图、室内平面图，适用的应用领域范围比前者广。但是存在地磁数据库数学建模复杂、要求在离散和在线采集的数据时，地磁信息与里程信息应严格对应。同时还存在惯性器件随时间会累积误差导致运动方向出现偏差无法修正的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁偏角修正的地磁匹配导航方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

一种基于磁偏角修正的地磁匹配导航方法，该方法基于的装置包括一个三轴地磁传感器模块、一个包含陀螺仪和加速度计的惯性器件模块、一个电子罗盘模块。

所述的三轴地磁传感器模块，根据选定的待导航区域，对区域进行网格划分，地图上测量点的方向应该保持一致，保证地磁信息在空间的唯一性，进行采样点采样三轴地磁场强。