[发明专利]一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置

说明书

本发明涉及一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，包括：采集处理电路板、SD卡接口、电池和USB接口。所述无源组合定位装置灵敏度高，噪声低，动态范围大，数据传输稳定可靠、结构简单；采用地磁+IMU+地图的组合定位方法，定位稳定可靠，克服单独使用磁场信息无法获得定位装置的相对距离和航向信息的缺点，有效解决室内定位的问题，定位精度可达1～2m。

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其是一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置。

背景技术

随着更多新型移动设备比如手机、平板电脑、可穿戴设备等，物联网设备的性能飞速增长和基于位置感知的应用的激增，位置感知发挥了越来越重要的作用。在室内和室外的环境下，连续地可靠地提供位置信息可以为用户带来更好的用户体验。室外定位和基于位置的服务已经成熟，基于GPS和地图的位置服务被广泛应用。但卫星定位有其关键弊端：就是信号无法穿透建筑物实现室内定位。近年来，位置服务的相关技术和产业正向室内发展以提供无所不在的基于位置的服务，其主要推动力是室内位置服务所能带来的巨大的应用和商业潜能。

目前，应用比较多的室内定位技术包括蓝牙、WIFI、射频识别(RFID)、超宽带(UWB)、红外和超声波、Zigbee等。蓝牙定位技术数据传输不受视距的影响，但对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大；WIFI传输距离较短，功耗较高，受噪声信号干扰大；RFID 不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善；UWB定位技术功耗较高，同时该系统成本高；红外线只能视线传播，穿透性能极差，布局复杂，成本较高，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响；超声波在空气中的衰减较大，不适用于大型场合，反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高；Zigbee传输速率低，定位精度对算法要求较高。

基于蓝牙、WIFI、射频识别(RFID)、超宽带(UWB)、红外和超声波、 Zigbee等定位技术，均属于有源定位，需现场部署硬件设备，需对基站进行维护，系统布设和维护成本高，且大部分技术容易受遮挡和干扰影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，解决现有室内定位技术中需现场部署硬件设备，需对基站进行维护，系统布设和维护成本高，且大部分技术容易受遮挡和干扰影响等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位装置，包括：采集处理电路板、存储卡接口7；所述采集处理电路板包括地磁采集器1、微型惯性测量组合2、信号处理器3、无线数据传输单元4；

所述微型惯性测量组合2将感应的三轴加速度信号和三轴角速度信号数字量化后输出到所述信号处理器3，所述地磁采集器1将感应的三轴磁场信号数字量化后输出到所述信号处理器3，所述存储卡接口7将存储有地磁基准图数据和数字地图数据的外接存储卡连接到所述信号处理器 3，所述信号处理器3根据输入的三轴加速度信号和三轴角速度信号进行 IMU定位，根据IMU定位结果、三轴地磁数据和地磁基准图数据进行地磁匹配定位，结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，得到组合定位结果，并通过所述无线数据传输单元4将组合定位的结果发送出去。

进一步地，所述地磁采集器1包括三轴磁传感器11、仪表放大器12 和模数转换器13，所述三轴磁传感器11用于感应测量环境中三轴磁场信号，并通过仪表放大器12完成差分到单端信号的转换，再经过模数转换器13转换成数字信号，送给所述信号处理器3。

进一步地，所述三轴磁传感器11采用了三个推挽式惠斯通全桥结构设计，每一轴惠斯通全桥提供差分电压输出，采用LGA封装形式，芯片采用隧道磁电阻技术。