[发明专利]一种基于磁尺的磁钉定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁尺的磁钉定位方法，具体地，涉及一种利用磁尺的检测数据检测磁钉有无，并由其计算磁钉相对于车辆的位置的方法。

背景技术

当将设计好的磁尺安装在车辆上后，磁尺检测其所在空间位置上的磁场。这样，同一时刻磁尺所在空间的磁场就可以由磁尺返回的一帧数据表示。这帧数据中的每一个数据就代表磁尺上一个磁传感单元所在处特定方向上（一般为垂直路面方向上）的磁场分量。基于这些数据，首先需要检测磁钉的有无。当检测有磁钉时需要计算磁钉相对于磁尺的位置。其次，在计算过程前，需要考虑传感器的零漂、非线性、随机噪声和地磁等干扰的滤除。所有这些技术合在一起组成磁钉定位技术。下面首先对现有的磁钉定位技术做介绍。

美国PATH演示项目中，研究了三中磁钉定位方法，分别是：峰值匹配算法、向量比例算法和差分峰值匹配算法。峰值匹配算法能够克服垂直方向上车体颠簸对横向偏差计算的影响，如果横向偏差计算精度要求不高，那么该算法的复杂度较低、实时性较好。但该算法得到的横向偏差计算精度不高，需要使用至少两个方向上的磁场测量值，并对磁传感器的测量精度要求较高。同时，周围其他干扰磁场也会影响测量的准确性。向量比例算法是在检测到磁场峰值后，利用垂直方向磁场分量和横向磁场分量的比值来建图和匹配，算法实现简单，但当磁钉在传感器正下方区域时，会有计算奇异问题。差分峰值匹配算法利用两个传感器测量值的差进行建图和匹配，可以消除周围干扰磁钉的影响。但需要两个高精度的磁传感器。

美国加州AHMCT研究中心采用了磁场比值算法来进行磁钉定位。磁场比值算法利用两个传感器的三轴磁场数据构造比值函数，然后通过在一定约束下的优化来得到横向偏差计算的表达式。这种算法得到的是磁场测量值与横向偏差的直接函数关系，实验中得到的横向偏差最大误差为9mm，算法最大的优点是横向偏差的计算对纵向车辆的颠簸具有很强的鲁棒性。但这种算法仅仅利用了阵列磁传感器中的两个来计算横向偏差，所以算法对传感器的精度要求比较高，从而使得其对传感器硬件设计的要求较高。此外，该算法需要通过离线实验来拟合获取磁场比值与横向偏差之间的函数关系。

葡萄牙科英布拉大学采用的磁钉定位算法分为4个步骤：阈值检测、微分峰值检测、纵向拟合检测、交叉拟合检测。这种方法的优点是考虑了更多的传感器信息，有更强的抗噪声干扰能力。但这种方法并没有考虑垂直方向上车辆颠簸引起的干扰。另外，两次模型拟合都是非线性优化问题，从而使得计算比较复杂。

国内，国家智能交通系统工程技术研究中心的磁导航课题组采用了序列算法和阵列算法，这种方法只是通过比较各个传感器的输出并排序来找到响应最强的传感器，从而确定横向偏差。这种方法直观、简单，但测量精度不高。

上海交通大学CyberC3无人车研究团队在对各种磁钉定位算法深入研究基础上，借鉴美国加州AHMCT研究中心磁场比值的思想，提出序列磁场比值算法。该算法得出与横向偏差成线性关系的磁场比值函数形式，大大降低计算复杂度。但该算法的近似条件太过苛刻，使得无法综合考虑多个传感器的测量数据来降低噪声干扰。此外，该算法需要两个方向上的磁场分量，这使得传感器硬件设计复发度提高。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种在简单、造价低廉磁传感器测量数据上，实现磁钉检测和磁钉定位的方法。

为实现以上目的，所发明的磁钉定位方法采用以下技术方案。

提出一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于包含磁尺数据预处理，地磁场滤除，磁钉检测方法和磁钉横向偏差计算方法。

所述磁尺数据预处理，包含传感器零漂处理、传感器非线性处理和随机噪声处理等滤波处理。

所述地磁场滤除，根据磁钉磁场的数据与地磁场数据的差异模式来设计适当的算法滤除地磁场，而尽可能减小对磁钉磁场的影响。

所述基于磁钉检测方法，根据磁钉磁场数据特有的特征给出磁钉有无的状态，方法解决难点在于尽可能避免出现磁钉的漏检或误检，实现磁钉的准确计数。

所述磁钉横向偏差计算方法，利用由磁尺各个磁场检测单元测量的，反映磁钉磁场在空间分布特征的数据，由近似磁场模型曲线方程通过曲线拟合的方法计算出由模型参数表示的横向偏差，对于方法的要求是计算出的横向偏差对于磁尺测量噪声具有较强的鲁棒性。

所述磁尺是指将单点磁场测量传感器在空间上线性分布，从而可以测量空间中一条线上若干个点处的磁场大小。由于在外形上类似于尺子，故名磁尺。