基于惯性导航的定位方法、设备及系统的制作技术

本技术还提供一种基于惯性导航的定位系统，包括至少三个工作频率互不相同的磁信标以及上述基于惯性导航的定位装置。所述基于惯性导航的定位系统与 于惯性导航的定位方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本技术所述的基于惯性导航的定位方法的流程图； 图2为本技术所述的磁信标模型图； 图3为本技术所述的基于MIMU补偿延迟误差的原理图。
本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过目标的位置确定补偿后的特征矢量，有利于确定位置误差和姿态误差，从而有效提高组合导航的系统精度。
进一步地，所述根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置包括：根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的最优状态估计；根据所述最 估计确定所述目标的位置。
本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过状态输出和特征矢量确定目标的最优状态估计，从而确定目标位置，有效提高组合导航的系统精度。
根据最优状态估计确定目标的位置 然后根据目标的位置确定位置误差和姿态误差，包括：
技术内容 本技术解决的问题是现有技术在特殊导航环境下，精度较差，无法满足导航定位要求。 为解决上述问题，本技术提供一种基于惯性导航的定位方法，包括：获取磁信标在目标处的特征矢量，并获取惯性导航系统的状态输出，根据所述状态输出 特征矢量确定所述目标的位置；根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差，并根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态。 本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过磁信标产生低频磁场特征矢量的方式，实现在地下、室内等存在大量障碍物的复杂环境中提供长工作时间，稳 具有定位定姿功能的导航服务方案，并且根据误差不随时间积累的特点，修正惯导系统的位置与姿态积累误差，并利用惯导系统的短时输出补偿各个低频磁 测量之间的延迟误差，从而有效提高组合导航的系统精度。 进一步地，所述获取磁信标在目标处的特征矢量包括：获取磁信标模型，其中，所述磁信标模型中的各个所述磁信标具备不同的工作频率；根据所述磁信标 频率确定磁场矢量；根据所述磁场矢量确定各个所述磁信标在所述目标处的所述特征矢量。 本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过设置磁信标模型中的各个磁信标具备不同的工作频率，从而能够区别出测量到的磁场信号来自于哪个磁信标， 效提高组合导航的系统精度。 进一步地，所述磁信标模型的建立过程包括：基于磁偶极子模型，在应用环境中设置至少三个所述磁信标；将各个所述磁信标设置为不同的工作频率，建立 信标模型。 本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过在应用环境中设置至少三个磁信标来建立磁信标模型，以实现精确的定位功能，从而有效提高组合导航 进一步地，所述根据所述磁场矢量确定各个所述磁信标在目标处的特征矢量包括：根据所述磁场矢量确定磁场的三轴分量；根据所述三轴分量确定所述目标 角；根据所述目标的特征角确定各个所述磁信标在所述目标处的特征矢量。
7.根据权利要求1所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差包括：
根据所述目标的位置确定所述目标的姿态角；
根据所述位置和所述姿态角确定所述位置误差和所述姿态误差。
8.根据权利要求1所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态包
具体实施方式
为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本技术实施例提供一种基于惯性导航的定位方法，包括：获取磁信标在目标处的特征矢量，并获取惯性导航系统的状态输出，根据所述状态输出
述特征矢量确定所述目标的位置；根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差，并根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态
图片简介:
本技术提供了一种基于惯性导航的定位方法、装置及系统，涉及信号定位技术领域。本技术所述的基于惯性导航的定位方法，包括：获取磁信标在 目标处的特征矢量，并获取惯性导航系统的状态输出，根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置；根据所述目标的位置确定位置误差 和姿态误差，并根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态。本技术所述的技术方案，通过磁信标产生低频磁场特征矢 量的方式，实现在地下、室内等存在大量障碍物的复杂环境中提供长工作时间，稳定，且具有定位定姿功能的导航服务方案，并且根据误差不随时 间积累的特点，修正惯导系统的位置与姿态积累误差，从而有效提高组合导航的系统精度。
10.一种基于惯性导航的定位系统，其特征在于，包括至少三个工作频率互不相同的磁信标以及权利要求9所述的基于惯性导航的定位装置。
技术说明书 一种基于惯性导航的定位方法、装置及系统 技术领域 本技术涉及信号定位技术领域，具体而言，涉及一种基于惯性导航的定位方法、装置及系统。 背景技术
随着科技的发展，人们对定位服务的需求也日益强烈。在室外，随着GPS、北斗等卫星导航系统的完善和普及，定位精度服务已经基本满足人们的日常需求 在一些严苛环境下如存在密集障碍以及遮挡的条件下，GPS等导航信号可能无法保证定位精度。
具体地，在本实施例中，基于惯性导航的定位方法，包括：获取磁信标在目标处的特征矢量，该步骤具体包括：
(1)结合图2所示磁信标模型图，基于磁偶极子模型，在应用环境中设置工作频率互不相同的至少三个磁信标，并将各个磁信标的坐标统一在同一个坐标系下，
一后的坐标系为基准，标定各个磁信标的位置为
(i＝1,2,3,...n)，且各个磁信标的工作频率在10Hz至1kHz内，工作频率已
进一步地，所述根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态包括：当所述位置误差大于位置误差阈值或所述姿态误差大于姿态误 时，根据磁信标系统的输出调整所述惯性导航系统的位置和姿态；当所述位置误差小于或等于所述位置误差阈值，且所述姿态误差小于或等于所述姿态误差 时，保持所述惯性导航系统的位置和姿态的输出不变。
进行估计更新，得到
以及
根据计算到的后验概率更新粒子xj(t2)的权重
再对各个粒子权重归一化
估计状态粒子
同理分别得到粒子xj(t2)的后验概率
同理得到时刻ti,i＝5,6,...的目标状态估计值；
wk.baidu.com因此可以得到目标的最优状态估计：
x(t4)＝{x(t)|max(p1·p2·p3)} (5)根据最优状态估计确定目标的位置。
进一步地，所述根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差包括：根据所述目标的位置确定所述目标的姿态角；根据所述位置和所述姿态角确定所述位置 所述姿态误差。
本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过目标的位置和姿态角确定位置误差和姿态误差，有利于根据位置误差和姿态误差调整惯性导航系统的位置和姿 而有效提高组合导航的系统精度。
于频率越低，磁场的穿透性越强，因此利用甚低频磁场的穿透能力，能够有效实现在例如地下和室内等特殊环境下的定位导航，其中，各个磁信标的工作频
相同，一方面是具有一定频率的磁场信号能够有效和静态地磁场分离，另一方面则是方便进行傅里叶分解，以区别出测量到的磁场信号来自于哪个磁信标。
以四个磁信标为例，坐标位置和工作频率如下表1所示。
获取单元，所述获取单元用于获取磁信标在目标处的特征矢量，以及获取惯性导航系统的状态输出； 计算单元，所述计算单元用于根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置，以及用于根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差； 处理单元，所述处理单元用于根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态。
获取磁信标模型，其中，所述磁信标模型中的各个所述磁信标具备不同的工作频率； 根据所述磁信标的工作频率确定磁场矢量； 根据所述磁场矢量确定各个所述磁信标在所述目标处的所述特征矢量。
3.根据权利要求2所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述磁信标模型的建立过程包括：
基于磁偶极子模型，在应用环境中设置至少三个所述磁信标； 将各个所述磁信标设置为不同的工作频率，建立所述磁信标模型。
根据MIMU的观测量输出更新估计得到，
则
将t2，t3，t4时刻三个磁信标的Mi,(i＝1,2,3)的观测特征矢量表示为：
则t2，t3，t4时刻的后验概率可表示为： p1(v1(t2)|x(t2)),p2(v2(t3)|x(t3)),p3(v3(t4)|x(t4))
其中，根据MIMU的输出对状态粒子
表1磁信标放置位置及工作频率
磁信标 坐标位置(m) 工作频率(Hz)
1
(0,0,0)
20
2
(8.2,0.7,0.23) 25
3
(7.86,8.61,0.11) 30
4
(-0.1,7.82,-0.37) 35
(2)根据各个磁信标的工作频率提取对应的磁场矢量，磁场矢量表示为 B＝[Bx,By,Bz]T。 定义待测目标为如图所示的P，以四个磁信标为例，则各个磁信标对应的磁场强度矢量可表示为：
技术要求
1.一种基于惯性导航的定位方法，其特征在于，包括：
获取磁信标在目标处的特征矢量，并获取惯性导航系统的状态输出，根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置； 根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差，并根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态。
2.根据权利要求1所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述获取磁信标在目标处的特征矢量包括：
(3)根据测量得到的特征角
计算磁信标在目标处的特征矢量
其中
的意义如图2所示，可由目标处磁场的三轴分量计算得到：
其中，利用矢量的方式求解，受磁场衰减的影响较弱，具有更强的鲁棒性。 同时获取惯性导航系统的状态输出，根据状态输出和特征矢量确定目标的位置，具体过程包括：
(4)根据状态输出和特征矢量确定目标的最优状态估计。 如图3所示，设t2时刻的系统状态表示为x(t2)，则t3，t4时刻的系统状态可 xk＝Fk,k-1xk-1+wk-1 zk＝Hkxk+vk
4.根据权利要求2所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述根据所述磁场矢量确定各个所述磁信标在目标处的特征矢量包括：
根据所述磁场矢量确定磁场的三轴分量； 根据所述三轴分量确定所述目标的特征角； 根据所述目标的特征角确定各个所述磁信标在所述目标处的特征矢量。
5.根据权利要求1所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置还包括：
括： 当所述位置误差大于位置误差阈值或所述姿态误差大于姿态误差阈值时，根据磁信标系统的输出调整所述惯性导航系统的位置和姿态； 当所述位置误差小于或等于所述位置误差阈值，且所述姿态误差小于或等于所述姿态误差阈值时，保持所述惯性导航系统的位置和姿态的输出不 变。
9.一种基于惯性导航的定位装置，其特征在于，包括：
本技术所述的基于惯性导航的定位方法，通过磁场矢量确定磁信标在目标处的特征矢量，由于受磁场衰减的影响较弱，具有更强的鲁棒性，从而有效提高组 航的系统精度。
进一步地，所述根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置还包括：根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置后，根据所述目标的 定补偿后的特征矢量。
根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置后，根据所述目标的位置确定补偿后的特征矢量。
6.根据权利要求5所述的基于惯性导航的定位方法，其特征在于，所述根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置包括：
根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的最优状态估计； 根据所述最优状态估计确定所述目标的位置。
本技术所述的基于惯性导航的定位方法，根据位置误差和姿态误差调整惯性导航系统的位置和姿态，通过对惯性导航系统的位置及姿态的调整，实现了误差 间累积的效果，从而有效提高组合导航的系统精度。
本技术还提供一种基于惯性导航的定位装置，包括：获取单元，所述获取单元用于获取磁信标在目标处的特征矢量，以及获取惯性导航系统的状态输出；计 元，所述计算单元用于根据所述状态输出和所述特征矢量确定所述目标的位置，以及用于根据所述目标的位置确定位置误差和姿态误差；处理单元，所述处 用于根据所述位置误差和所述姿态误差调整所述惯性导航系统的位置和姿态。所述基于惯性导航的定位装置与上述基于惯性导航的定位方法相对于现有技术 的优势相同，在此不再赘述。