[发明专利]一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法

说明书

本发明公开了一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法，属于导航定位技术领域。其包括以下步骤：在定位对象上安装多个天线；定位对象保持静止状态，基于时间门限检测各个天线输入参数集合形成微空间建图参数子集；在微空间中对电磁参数分布进行预测计算；定位对象开始移动；根据欧氏距离匹配置信门限确定映射点有效性；根据多点映射计算得到多天线坐标在不同时刻的空间坐标矩阵；获取任意天线在离散时域映射观测过程中对应的移动向量，对其进行积分获得定位值。本方法对于电磁参数复杂跳变的应用环境适用程度高，对解决非合作空间应用场景下实施应急救灾、隧道交通等应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，特别是指一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法。

背景技术

在应急救灾、隧道交通等应用场景中，需要在不具有无线定位基础设施但存在无线电信号的地下、室内等非合作空间中保障作业人员、无人系统等定位对象可获取到连续、自主的定位信息。当前已公开的方法包括利用惯性器件和定位对象运动特征的航位推算(PDR)技术、基于视觉传感器的即时成图与定位(SLAM)技术、临时构建多基准点的无线网络定位技术等，这些技术能够解决特定应用条件下的定位需求，但对于需要快速投入、光照不充分、无线电多径和非视距观测严重、定位对象运动特征不均匀等条件的应用场景其实用性并不理想，而上述条件又是多数灾后室内与地下、自然山洞、存在大量金属材质的空间等极端应用场景的基本特征，为此需要一种在极端应用场景中的高自主定位方法作为备份保障手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法。本方法可面向非合作空间应用场景，特别是需要快速投入、光照不充分、无线电多径和非视距观测严重、定位对象运动特征不均匀、不具有无线定位基础设施但存在无线信号的地下、室内等空间，保障作业人员、无人系统等定位对象获取定位信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法，包括以下步骤：

(1)在定位对象上安装多个具有相同特性的无线电接收天线，以多个无线电接收天线为顶点所围成的微空间与定位对象潜在运动矢量轴线存在交集；通过测量建立多天线间的相对空间关系矩阵

式中，[x_i,y_i,z_i]表示第i个天线的相位中心在相对坐标系中的位置， n为天线总数；

(2)每个天线具有独立的接收通道，并采用相同的时钟源为多个接收通道提供统一的时频基准，接收通道可输出对环境电磁场观测所获取的频谱、强度、载波相位变化率，以及其它反映环境电磁特征的参数；将第i个天线在时刻t输出的k个观测参数标记为集合

T_i(t)＝{α₁,α₂,…α_k}

用T_i(t,α_k)表示第i个天线观测到的参数α_k；不同的天线观测参数集合中，具有相同下标的α_k代表相同含义的电磁特征参数；

(3)定位对象根据所处空间及自身活动特征设定一个时间门限η_t，其含义为多天线间到达彼此所处绝对位置所经历的最大时间；

(4)定位对象需要定位时，首先保持静止状态，检测各个天线输入参数集合T_i(t)在以η_t为观测时间周期下含有的准静态量，记为子集再在n个天线的子集中提取在数值上存在差异的观测参数，形成微空间建图参数子集D(t)＝{α₁,α₂,…α_r}；若 D(t)为空集，则报告当前不可定位，通过变更定位对象的静止位置进行再次尝试；