[发明专利]一种基于特征矢量的磁信标快速定向方法与系统

说明书

本发明提供了一种基于特征矢量的磁信标快速定向方法与系统，涉及定位定向技术领域，包括设定信号源产生两路信号的频率、幅值和相位，将信号输入至磁信标产生空间磁场；辨识待测磁场信号；连续采集磁场信号，并用带通滤波器进行滤波，分别得到两路信号的磁场矢量数据；将所述磁场矢量数据进行降噪处理；将降噪后的磁场矢量数据进行叉乘得到特征矢量；对特征矢量进行空间直线拟合，得到最优特征矢量；根据最优特征矢量计算得到相对磁信标的相对方位角和相对俯仰角。本发明利用空间直线拟合技术提高特征矢量的辨识精度。并在保证定向精度的同时，显著提高了系统进行相对方位计算的实时性。

技术领域

本发明涉及定位定向技术领域，具体而言，涉及一种基于特征矢量的磁信标快速定向方法与系统。

背景技术

在现代生活的众多领域中，导航技术已经成为各个领域中不可或缺的部分。随着社会的发展，人类的活动场所越来越复杂，由此带来的是对导航系统的抗干扰性、实时性、导航精度等方面更高的要求。传统的导航方式例如GPS等由于使用微波信号，使得其在一些特殊环境(楼宇内或植被茂密的森林中)中无法提供精确的定位信息。利用其它信号源进行定位导航的相关研究应运而生。磁信标定位技术，其定位过程中不依靠定位系统外设备或条件，具有独立性强、穿透能力强、定位精度高、抗干扰能力强、实时性优良、定位过程中无积累误差等优良特点，已经成为特殊环境定位定向研究的热点。

当前磁信标定位技术一般基于旋转磁场技术进行定位定向，旋转磁场技术主要通过以下方式实现：通过锁相环、三角函数拟合等辨识技术，利用至少一个旋转周期的磁场数据辨识提取特征矢量，通过特征矢量计算该点相对于磁信标的方位。采用此种方式的定位系统的实时性受旋转周期大小限制，而且定向精度与参与计算的采样数据的数量有关。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种基于特征矢量的磁信标快速定向方法与系统，解决现有的实时性和定向精度不高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种基于特征矢量的磁信标快速定向方法，其包括：

设定信号源产生两路激励信号的频率、幅值和相位，将所述两路激励信号输入至磁信标产生空间磁场；

辨识所述空间磁场的磁场信号；

连续采集所述磁场信号，并用带通滤波器进行滤波，分别得到所述两路激励信号的第一磁场矢量数据和第二磁场矢量数据；

分别将所述第一磁场矢量数据和所述第二磁场矢量数据进行降噪处理，得到所述两路激励信号的第三磁场矢量数据和第四磁场矢量数据；

将所述第三磁场矢量数据和所述第四磁场矢量数据进行叉乘得到特征矢量；

对所述特征矢量进行空间直线拟合，得到最优特征矢量；

根据所述最优特征矢量计算得到相对所述磁信标的相对方位角和相对俯仰角。

本发明利用带通滤波器分离提取两个频率的磁场矢量信号，将提取出的两个磁场矢量信号进行阈值判断，并将判断后的磁场矢量进行叉乘求取特征矢量，并利用空间直线拟合技术提高特征矢量的辨识精度。在保证定向精度的同时，一定程度上降低了定向精度受到参与计算数据数量的限制。

示例性地，所述两路信号为正弦激励信号。

本发明在空间中某点直接构建两条方向不随时间变化，大小随时间变化的磁场矢量，不受周期性限制，可提高系统的实时性。

示例性地，所述两路信号的频率不同。

本发明相对方位计算速度与最高频率的激励信号有关，提高了相对方位计算的实时性。

示例性地，所述辨识所述空间磁场的磁场信号包括：采集第一时间间隔的所述磁场信号，采用最小二乘法辨识所述磁场信号。