[发明专利]基于磁梯度的运动速度估计方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于磁梯度的速度估计方法及装置，方法步骤为：触发航姿参考系统并同步引发磁传感器阵列模块对载体进行测量；根据航姿参考系统返回的姿态四元数数据计算旋转矩阵，根据航姿参考系统返回的角速度数据计算角速度反对称阵；采集磁传感器阵列模块中各磁传感器数据，计算得到磁场梯度，同时根据航姿参考系统返回的磁场数据计算磁场矢量；将计算得到的旋转矩阵、角速度反对称阵、磁场梯度及磁场矢量数据输入MCU控制模块中进行计算，得到载体运动速度。本发明根据航姿参考系统获取的姿态信息、角速度信息，以及从磁传感器阵列获得的室内磁场梯度信息估计载体运动速度，修正惯性导航的速度积分漂移，提高室内导航定位系统的精度及鲁棒性。

技术领域

本发明涉及室内导航定位技术领域，具体涉及一种基于磁梯度的运动速度估计方法及装置。

背景技术

随着城市化进程的加快，卫星导航定位技术的发展给人们出行生活带来了诸多便利。建筑的复杂化与大型化也成为了城市建筑发展的趋势。然而这两种趋势也为人们带来了问题：容易在建筑中迷失方向。该问题换在室外，可简单地通过GPS组合导航定位系统解决。然而，由于通过电磁波传播的GPS信号容易衰减，在室内复杂环境中使用GPS组合导航定位系统往往效果不佳，需要通过其它手段获得位置信息，这是当前室内导航定位系统需要解决的主要问题之一；同时，与室外环境相比室内空间相对较小，室外导航定位中达到的米级精度在室内则无法满足要求，室内的精确导航定位需要达到分米，甚至厘米级别的精度。如何高精度是当前室内导航定位系统需要解决的另一主要问题。

传统的惯性导航可通过对加速度二次积分得到载体位移，但由于低成本惯性器件精度不高，最终导致较大的累积误差，需要额外的辅助信息源对速度或位置信息进行量测；按辅助信息源获取所使用的传感方式进行分类，领域内常见的室内导航定位技术有基于视觉的室内导航定位、基于无线技术的室内导航定位、基于激光传感器的室内导航定位、基于地磁匹配或磁力信标的室内导航定位和基于行人航位推算的室内导航定位；而这些现有的技术方案均有不同程度的限制；

基于无线技术的室内导航定位，需要在定位范围内安装相应的信号发送或接收设备，从成本及工程量上考虑不占据优势，且对于无信号覆盖的地域则无法使用；

基于视觉和激光的室内导航定位技术，对环境的光照条件、空气质量具有一定要求，光线的明暗变化、空气中烟雾等因素会对定位结果造成影响，且其较为庞大的数据量也对平台的处理能力提出要求，功耗较大也是此种定位方案的一个缺点；

基于地磁匹配的室内导航定位技术，需要先对导航定位范围内的地磁环境进行数据采集并构建数据库，对于没有地磁数据库的范围则无法使用；

基于磁力信标的室内导航定位技术，类似于无线导航定位技术，需要事先布设信标，对没有布设信标的地域无法使用；

基于行人航位推算的室内导航定位，由于航位推算算法基于行人的运动规律，无法在定位目标为行人以外的目标如车载的情况下使用，应用范围具有一定的局限性。

因此，高精度、低功耗、自主工作以及能适应多种场景的室内导航定位系统的研究依然是室内导航定位领域的研究热点，寻找符合上述要求的辅助信息源是研究方向之一。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于磁梯度的运动速度估计方法及装置，根据航姿参考系统获取的姿态信息和角速度信息，以及从磁传感器阵列获得的室内磁场梯度信息，获取载体的运动速度作为辅助信息源，修正惯性导航的速度积分漂移，提高室内导航定位系统的精度以及鲁棒性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种基于磁梯度的运动速度估计方法，包括以下步骤：

S1、触发航姿参考系统并同步引发磁传感器阵列模块对载体进行测量；根据航姿参考系统返回的姿态四元数数据计算旋转矩阵，根据航姿参考系统返回的角速度数据计算角速度反对称阵；