[发明专利]基于磁特征参量联合距离的井下定位方法

权利要求书

1.一种基于磁特征参量联合距离的井下定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测量井下高精度地磁基准图，测量区域内格网特征点磁总场R_磁、三轴磁分量X_磁、Y_磁、Z_磁；包括以下步骤：

(1)按照井下巷道与工作场地理空间特点自然划分若干区域，相邻区域之间需要适当纵向延拓区域面积，保证相邻区域间有一定重叠部分；

(2)每个区域一处或两处安装射频卡，射频卡信息参数由射频卡编号，点位坐标，磁特征参量；匹配参考阈值构成；

(3)每个区域按照规定格网设立弱磁测量特征点，利用磁传感器测量格网特征点磁总场R_磁、三轴磁分量X_磁、Y_磁、Z_磁，建立区域磁特征基准阵列；

(4)在区域磁特征基准阵列数据基础上，选取插值或拟合方法建立格网化的高精度弱磁基准图；

步骤2：计算所在区域磁基准图的适配性特征指标，确立磁特征匹配的参量；包括以下步骤：

(1)目标区域磁基准图由磁总场R_磁、三轴磁分量X_磁、Y_磁、Z_磁组成阵列矩阵，分解为R_磁、X_磁、Y_磁、Z_磁四个列向量，计算每个列向量的均值、方差、峰态系数、地磁粗糙度；所述列向量的适配性指标计算公式如下：

均值公式：

标准差公式：

峰态系数公式：

地磁粗糙度公式：

其中f(i)是列向量对应磁测量值；

(2)对比R_磁、X_磁、Y_磁、Z_磁适配性指标的计算结果，选取X_磁、Y_磁、Z_磁中间特征明显的量作为特征参量S，与磁总场R_磁重新构成匹配计算过程中的磁基准阵列M(R，S)，M(R，S)可分解向量M_R和向量M_S；

步骤3：采用磁传感器进行运动目标定位，所述运动目标移动至待定区域时，获取的经过路径的磁数据阵列信息；包括以下步骤：

(1)运动目标携带磁传感器和射频读卡器进入目标区域时，可以同时采集射频信息和磁特征信息；

(2)射频读卡器读取区域射频卡信息：点位坐标、磁特征参量、匹配参考阈值，可以作为定位匹配计算过程中的初始参数；

(3)运动目标经过路径L₁，L₁离散为由N个格网点位组成，运动目标移动时，磁传感器实时采集每个格网点的磁总场R_磁、三轴磁分量X_磁、Y_磁、Z_磁，构成运动目标磁数据阵列Q1；

(4)同时在运动目标磁数据阵列Q1中按照步骤2中的特征参量提取匹配磁数据N(R，S)，N(R，S)可分解向量N_R和向量N_S；

步骤4：在区域磁基准阵列中依次计算运动目标匹配夹角余弦；包括以下步骤：

以磁数据阵列N_R维数作为匹配模板，在磁基准阵列向量M_R中标记出同样范围的格网点，按照公式(Ⅰ)进行相关匹配夹角余弦值计算；

其中θ为M_R、N_R两个矩阵匹配角，〈M_R，N_R〉为两个矩阵的内积，||M_R||||N_R||为矩阵M_R与N_R模的积；

步骤5：在区域磁基准阵列中依次计算运动目标匹配的等价权距离，根据匹配夹角余弦和等价权距离，计算磁特征参量联合距离；包括以下步骤：

(1)以目标磁数据阵列N_S维数作为匹配模板，在磁基准阵列向量M_S标记出同样范围的格网点，按照公式(Ⅱ)计算运动目标等价权距离；

其中N_Sj是运动目标磁数据向量，M_Sj是磁基准阵列向量；

(2)根据匹配夹角余弦和等价权距离，按照公式(Ⅲ)计算磁特征参量联合距离，Di为匹配计算磁特征参量联合距离；

Di＝(1-cosθi)Di(M_S，N_S) (Ⅲ)；

其中θ为M_R、N_R两个矩阵匹配角，Di(M_S，N_S)是第i次匹配算的等价权距离；

步骤6：平移匹配格网，重复步骤4和步骤5，按照最优法则确定运动目标所在区域的精确位置；包括以下步骤：

(1)结束第一次匹配计算后，平移匹配模板，重复步骤4和步骤5，进行下一次匹配计算；

(2)循环匹配计算，直至匹配遍历整个目标区域；

(3)每一次匹配计算可以得出一个磁特征参量联合距离；若匹配n次，即有n个磁特征参量联合距离；

(4)从n个匹配结果中按照距离最小法则，确定运动目标所在区域的精确位置；

步骤7：运动目标继续移动前行，再次测量经过路径磁特征信息与基准图进行对比检校。

2.根据权利要求1所述的基于磁特征参量联合距离的井下定位方法，其特征在于，所述步骤7包括以下步骤：

(1)运动目标继续前行，再次测量经过路径L₂的磁数据矩阵，L₂由若干点的磁总场R_磁、三轴磁分量组成新的磁数据矩阵Q2；

(2)以步骤6计算结果(X_P，Y_P，Z_P)坐标为路径起算点，在磁基准图中提取对应格网点磁矩阵数据B；

(3)对比矩阵两矩阵符合度大小，计算Q2与B的方差数值F；

(4)当F大于规定限差时，重复步骤2至步骤6；当F小于规定限差时，则运动目标P(X_P，Y_P，Z_P)坐标正确，可以输出。