[发明专利]一种基于多维地磁信息的室内定位方法

说明书

一种基于多维地磁信息的室内定位方法，通过磁力计测量室内环境中的地磁场信号数据，使用本发明的解算方法解算出偏角、倾角和总强度三种磁场信息量。然后使用这三种信息量构建一种不受磁力计读数误差的地磁指纹地图，在使用该指纹地图定位时可以利用最新的地磁信息对该指纹地图进行更新。本发明所述的地磁信息解算方法解决了地磁信号在室内环境中只能使用磁场总强度进行定位的问题，提高了室内环境中使用地磁场实现定位的效率和精度；指纹地图的构建和更新方法有效的解决了地磁场会因传感器误差而造成的磁场读数不一致问题。本发明为地磁场用于室内定位技术提供了新的研究价值。

技术领域

本发明涉及一种基于多维地磁信息的室内定位方法，属于移动计算应用领域。

背景技术

地磁场中包含了丰富的与位置相关的信息，如在传感器坐标系下的磁场数量化三分量特征数据。这样的信号源相比于常规的无线电信号源具有稳定、无需电力维持等特性，不仅仅从能源消耗方面具有很大优势，同时在一些特殊的停电情况下能够提供稳定的信号。因此地磁场就成为了室内定位技术一个优秀的信号源。然而由于传感器误差等因素的影响，目前地磁场只能作为室内定位技术中一个辅助参考量。一般使用地磁场磁感应线切线的大小作为地磁场在室内定位技术中的参考信息，由于地磁场的磁感应线切线是一个矢量，这样的处理无疑会忽略地磁场信息中的方向信息。

在室内定位技术中，地磁场一般会因为精度差而被用于辅助其他室内定位技术。造成该现象的主要原因是传感器的读数差异和不稳定。对于同一位置的地磁信息，不同磁力计的三轴读数却不尽相同，而且该读数一般不稳定。这就造成了地磁场用于室内定位的局限性。地磁场会随着时间和环境发生一系列的微弱的变化，而这个变化也会给定位精度带来一定的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是地磁场在室内环境下无法提供优良的室内定位信号源问题，其中包括姿态角度不稳定问题、磁场信息解算不充分问题。

一种基于多维地磁信息的室内定位方法，包括如下步骤：

步骤1，使用磁力计、加速度计和陀螺仪采集该位置的三轴磁场分量、三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据；

步骤2，将三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据使用改进的扩展卡尔曼滤波算法计算出主体在该时刻的翻滚角Roll、俯仰角Pitch和航向角Yaw；

步骤3，使用步骤2中获取的姿态角度信息和磁力计采集的三轴磁力数据，使用地磁场信息解算方法进行解算，得到该位置的三维地磁场信息分量的偏角、倾角和总强度；

步骤4，经过一段路径的行走以后，使用分解后的三维地磁场信息分量结合地磁指纹地图构建方法构建地磁指纹地图；

步骤5，定位阶段，使用磁力计、加速度计和陀螺仪采集经过一段路径的行走后新位置的三轴磁场分量、三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据；

步骤6，用户行走一步，将采集的磁场信息、加速度信息和陀螺仪信息使用步骤2到步骤4的方法计算得到三维地磁信息以后与指纹地图对比，更新匹配点集合；

步骤7，判断匹配集合点是否为一个，若为该集合点数大于1，则返回步骤6，否则进入步骤8；

步骤8，得到精确的初始坐标，此时同时根据磁力指纹匹配的结果结合惯性导航信息对行为的位置进行预测和更新，实现定位需求。

进一步地，所述步骤1中，可以通过用户携带的手机、平板等智能设备自带的磁力计、加速度计和陀螺仪进行数据的采集。

进一步地，所述步骤2中，由于手机等智能设备获取的姿态角度会带有明显的误差和波动，因此从传感器层面开始对智能设备姿态角度设计了一套可以获取稳定姿态角度的流程，采用改进的扩展卡尔曼滤波算法，所述流程如下：

步骤2-1，利用智能设备的IOS或Android平台提供的接口获取到加速度计和陀螺仪的原始数据；