[发明专利]一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法

权利要求书

1.一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在建立磁场指纹库的区域行走，每次数据采集行走的轨迹，其航向角遍历不同方向，通过智能设备采集的传感器数据得到行走轨迹中各个位置的坐标、高精度姿态角及磁场信息；

步骤2，使用步骤1获得的姿态角将所有位置的磁力计原始观测值投影到当地水平坐标系下，并对所有位置的磁场投影分量进行平均，获得当地水平坐标系下的参考磁场强度；

步骤3，结合参考磁场强度和姿态角，将参考磁场强度投影到载体坐标系下，获得磁力计参考观测值；并对所有位置的磁力计原始观测值和参考观测值做差，对每个位置的差值求平均获得磁力计零偏；使用获得的磁力计零偏补偿磁力计原始观测值，获得所有位置准确的环境磁场强度观测值；

步骤4，基于行走的轨迹坐标，设置覆盖磁场数据库区域的最小矩阵，并划分为等大小的栅格，对同一栅格内的磁场强度进行平滑处理；对未采集的区域，使用周围栅格的磁场强度值进行插值填充，建立当地坐标系下的磁场栅格指纹库。

2.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤1中所述位置为三维位置，即北向位置、东向位置和垂向位置；姿态角，即为横滚角、俯仰角和航向角。

3.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤2的实现方式包括以下子步骤，

21)将所有位置在载体坐标系的磁场强度投影到当地坐标系下，得到每个位置在当地坐标系下的磁场强度，

22)基于局部区域内人工设施和设备所形成的磁场干扰平均值为零的假设，将所有位置在当地坐标系下的磁场强度的均值作为参考磁场强度，

上式中，下标n表示当地坐标n系，n系是以惯性传感器IMU相位中心为原点，x轴平行于当地水平面指向正北，y轴平行于当地水平面指向正东，z轴垂直于当地水平面向下，三者构成右手系；b表示载体坐标系b系，b系是以惯性传感器IMU相位中心为原点，x轴指向载体前进方向，y轴垂直于x轴指向载体右侧，z轴与x轴和y轴垂直并构成右手系；i表示第i个位置，共计j个；为第i个位置从当地坐标系到载体坐标系的姿态旋转矩阵；M_n，i表示第i个位置在n系下的磁场强度；M_b，i表示磁力计在第i个位置的原始输出；M_{n_ref}表示当地坐标系n系下的参考磁场强度。

4.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤3中，磁力计原始观测值为磁力计零偏、地球磁场和人工设备或设施形成的磁场干扰的融合磁场强度；参考磁场强度为地球磁场强度在当地水平坐标系下的投影值；磁力计参考观测值为地球磁场在载体器坐标下的投影值。

5.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤3的实现方式包括以下子步骤，

31)将参考磁场强度通过姿态角投影到载体坐标系下的得到各个位置在载体坐标系下的磁力计参考观测值，

M_{n_ref}表示当地坐标系n系下的参考磁场强度；

32)将载体坐标系下的磁力计参考观测值与原始磁力计观测值之差的均值作为磁力计零偏，补偿磁力计观测值获得准确的磁场强度；具体计算方式如下：

式中，表示载体坐标b系下的磁力计参考观测值，M_b，i表示磁力计在第i个位置的原始输出；bias表示磁力计的零偏误差；表示第i个位置补偿零偏后的磁力计观测值。

6.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤4中，对同一栅格内的磁场强度进行平滑处理，平滑方法包括：平均法、加权平均法、中位值法、最大最小值平均法、去掉最大最小值后平均法、高斯模型法。

7.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤4中，对未采集的区域，使用周围栅格的磁场强度值进行插值填充，插值方法包括线性内插法、双线性内插法、三次样条内插法、最邻近元法、高斯模型法、克里金法。

8.根据权利要求1所述一种磁力计零偏无关的磁场指纹库生成方法，其特征在于：步骤4的具体实现方式包括以下子步骤，

41)通过姿态角将补偿零偏后的磁力计观测值投影到当地坐标系；

42)将建库区域按照当地坐标系下的东西方向、南北方向划分为均匀的网格，并建立局部坐标系；

43)将采集轨迹的三维位置信息，投影至局部坐标系中，并记录采集轨迹上每个位置点所对应的网格；

44)对单个网格内所有位置点的磁场信息进行平均处理，得到该网格的高维磁场信息，与该网格的位置共同组成磁场指纹；

45)遍历所有网格，若某一网格内不包含磁场信息，利用周围网格的磁场信息进行内插，填补该网格的磁场信息，内插方法具体如下：

a)以需要内插的网格中心为圆心，以n米为半径画圆，完全包含在圆圈内的网格为待选网格，待选网格中含有磁场信息的网格为有效网格；

b)遍历待内插网格的8个方向，即正东、正西、正南、正北、东南、东北、西南、西北，当且仅当正东、正西方向存在有效网格或正南、正北方向存在有效网格时，允许进行内插操作，否则认为待内插网格为磁场指纹库中无效区域；

c)若判断可以进行内插操作，分别取出8个方向上与待内插网格距离最近的有效网格；若某个方向上不存在有效网格，认定与其相对方向上的网格也无效；

d)将有效网格中的磁场信息进行加权平均处理，权重为有效网格中心到待内插网格中心距离的倒数，将权重进行归一化处理后，得到有效网格中的磁场信息。