[发明专利]一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位方法

权利要求书

1.一种基于空间环境磁场特征的无源组合定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、数据的采集和存储，包括地磁图数据的存储、地图数据的存储、传感器原始参数的存储、惯性数据的采集、磁场数据的采集；

步骤S2、数据的预处理，包括惯性数据校正、磁场数据校正和干扰磁场的识别分离；

步骤S3、根据校正后的惯性数据进行IMU定位，结合IMU定位的定位结果，根据校正和去除干扰后的磁场数据进行地磁匹配定位，结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，并修正IMU参数，得到组合定位结果；

所述结合IMU定位的定位结果，根据校正和去除干扰后的磁场数据进行地磁匹配定位，包括以下步骤：

1)系统重新启动后，进行首匹配；

所述首匹配启动全局搜索模式，对连续三次的匹配结果进行一致性判决，在搜索定位过程中，首先顺序测量三段长度均为3～10米的磁场序列，在区域内进行全局搜索，通过匹配相关算法，找到和地磁实时图最相似的地磁基准图所在的位置为PM1，PM2，PM3，此时IMU标记的位置是PA1，PA2，PA3；根据所述匹配定位的位置和IMU标记的位置进行首匹配判决，如果满足判决条件，则根据匹配相关算法的定位结果进行输出，如果不满足判决条件，则继续测量，直到满足判决条件为止；

2)首匹配完成后，进行连续匹配定位，所述连续匹配定位每隔设定时间，进行一次匹配定位，所述匹配定位的范围以首匹配位置结合IMU的指示位置为中心，半径为R的范围内进行搜索和匹配定位，所述R的范围为事先根据IMU的定位误差范围确定，以大于所述定位误差范围为基准。

2.根据权利要求1所述无源组合定位方法，其特征在于，所述步骤S2中干扰磁场的识别分离过程包括：

对采集到的磁场数据进行中值滤波；

对滤波后的数据进行一阶差分，放大台阶信号；

去除台阶信号；

对去除台阶信号的地磁数据用测量数据一阶差分的均值代替，并进行积分还原，得到干扰分离后的地磁数据。

3.根据权利要求1所述无源组合定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下子步骤：

S301、利用校正后惯性数据进行IMU定位；

S302、结合IMU定位的定位结果，通过地磁匹配进行地磁定位；

S302、结合数字地图数据，对地磁匹配定位结果进行滤波，并修正IMU参数，得到组合定位结果。

4.根据权利要求3所述无源组合定位方法，其特征在于，利用校正后惯性数据进行IMU定位方法包括：

1)对俯仰角、横滚角和航向角赋初值；

2)进行航位推算；

3)进行零速检测；当三轴陀螺仪连续在五个周期内数据的极差小于某个接近0的阈值时，判定定位终端处于零速状态，启动零速更新；

4)进行零速更新；如果当前定位终端处于零速，基于卡尔曼滤波器计算当前位置、速度、姿态误差，对位置和姿态进行纠正；

5)输出位置、速度和姿态信息；经过航位推算得出的载体的位置、速度和姿态信息输出用于地磁定位和定位结果的滤波处理；

6)对陀螺仪和加速度计参数修正条件进行判断；当累计超过特定数量的零速检测数据时，可启动陀螺仪和加速度计参数校正模块，所述特定数量范围为5～10；

7)对陀螺仪和加速度计的参数校正；在零速条件下，陀螺仪测量值的均值为陀螺仪的零偏；对一段时间积累的零速条件下的陀螺仪的测量值求取均值，作为陀螺仪新的零偏数据，对原来的陀螺仪零偏数据进行更新替换，重新计算当前陀螺仪的零偏；对加速度计的各轴零偏进行更新替换与陀螺仪的各轴零偏更新替换方法相同。