[发明专利]室内磁地图的快速建模与可信定位方法

权利要求书

1.室内磁地图的快速建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

定位区域设定；

参考坐标系建立；

MARG传感器模块的佩戴或安装：

数据采集；

姿态矩阵计算；

位置戳计算；

磁数据投影到参考坐标系；

磁数据与位置戳关联：

磁地图细化；

所述的参考坐标系的精度要高于建模精度一个量级以上；

所述的数据采集是指人或者手推车按照L型转弯方式近似均匀地遍历定位区域，在每个采集点静止1到3秒进行数据的采集；

所述的姿态矩阵计算是指通过加速度计的输出获得MARG传感器模块的俯仰角和横滚角，如式(1)和(2)所示，利用静态航向锁定这一原则，约束静止采集数据期间陀螺航向的漂移，同时根据L型转弯方式这一先验信息约束航向角的漂移，得到修正的航向角，如式(3)所示，三个姿态角构成姿态矩阵如式(4)所示；

roll＝-arctan2(f_bx,f_bz) (2)

其中f_bx,f_by,f_bz分别表示加速度计X轴，Y轴和Z轴的输出，单位米/秒²；pitch表示俯仰角，roll表示横滚角；arcsin()是反正弦函数；arctan2()是四象限反正切函数；

其中yaw表示航向角，k与k-1表示时刻，·表示对时间求导，式(3)表明在静止采集数据的时刻，航向角不变；

其中b为载体坐标系，n为参考坐标系；

所述的位置戳计算是指通过航迹推算，得到三维位置戳信息，其中航迹推算公式如(5)所示，

其中(x_k,y_k)和(x_k-1,y_k-1)分别表示k时刻与k-1时刻的位置；L_k-1,k与yaw_k-1,k分别表示从k-1时刻到k时刻的步长与方向，当给定初始位置(x₀,y₀)时，就可以根据式(5)进行航迹推算，其中初始位置为坐标原点或参考坐标系中的其它位置；

所述的磁数据与位置戳关联是指构造含有位置戳的磁地图信息，即磁地图中每个测量点是一个包含三维位置数据、三维磁场强度、磁场模值共七维矢量信息，我们将这七维矢量信息统称为磁点Mp，如式(7)所示，

其中x，y，z表示参考坐标系中的位置信息，表示在参考坐标系中的X，Y，Z三轴磁场强度；Mode表示磁场三维矢量的模值；

磁数据与位置戳关联步骤完成后判断数据采集区域是否小于设定定位区域，若是则返回数据采集步骤，若否则进入磁地图细化步骤；

所述的磁地图细化是用迭代差值的方法细化磁地图，其中迭代停止的条件是磁地图中相邻磁点之间的欧氏距离在所要求的定位精度附近；所述迭代差值的方法是指若磁地图的定位精度为Q，需要磁点间的欧式距离约为Q，若每次采集数据点的空间距离为4Q，因此需要2次迭代差值操作，方法如下，针对长度方向的磁点称为行磁点，将宽度方向的磁点称为列磁点，首先进行行磁点的差值，第一次迭代差值操作是将同一行相邻的磁点即左磁点和右磁点取均值，将结果插入到欧氏距离为2Q的位置；第二次迭代差值操作是将第一次迭代差值中插入磁点视为右磁点，取其与原先左磁点的均值，并将结果插入到相对欧氏距离为Q的位置；相应地将第一次迭代中插入的磁点视为左磁点，取其与右磁点的均值，并将结果插入到相对欧氏距离为Q的位置，然后开始列磁点的差值，第一次迭代差值操作是将同一列相邻的磁点即上磁点和下磁点取均值，将结果插入到欧氏距离为2Q的位置；第二次迭代差值操作是将第一次迭代差值中插入磁点视为下磁点，取其与原先上磁点的均值，并将结果插入到相对欧氏距离为Q的位置，相应地将第一次迭代中插入的磁点视为上磁点，取其与下磁点的均值，并将结果插入到相对欧氏距离为Q的位置，经过行磁点和列磁点的迭代差值操作，实现了将欧式距离为4Q的粗糙磁地图细化为欧氏距离为Q的精细磁地图，所述行磁点的差值和列磁点的差值顺序可交换，所述欧式距离指的是相邻磁点之间的空间几何距离。