地磁室内定位基准图数据采集系统研究

发布时间：2020-09-27 10:04

　　人类社会发展迅速,在未来,我国城市人口将越来越多。当前,我国处于城镇化发展迅速阶段,一些地区出现“城市病”问题。为解决我国城市发展遇到的难题,并从根本上实现城市可持续发展,发展智慧城市成为当今城市发展不可逆转的历史重任。智慧城市的发展必然要考虑空间位置信息,在室外,因GPS全球定位系统的出现,室外空间定位技术得以发展,其方便、准确、高效等特性直接影响着人们的生活;同时,GPS定位技术也存在其局限性,在城市范围内,由于受到多路径效应及GPS信号屏蔽的影响,室内空间信息获取较很少,不能将室内和室外的空间信息完美融合,阻碍了智慧城市的发展进程;在室内环境下,急需一种高效、准确、便捷的导航定位技术来获取室内空间位置信息。因此,很多专家学者投身于室内定位及导航的研究当中。本文首先研究室内磁场的特性,通过大量实验及相关知识着重分析室内地磁随时间的变化规律,及室内空间地磁干扰要素对室内地磁基准图生成存在的影响。在实验中本人发现磁场随时间的推移变化不明显,可作为指纹识别基础数据进行室内定位;同时发现空间位置不同的磁场在方向和量级上都有很大的不同;室内干扰要素分静态干扰要素及动态干扰要素,实验表明铁磁性材料及电子设备对磁场影响很大,同时,因静态干扰要素周围的磁场明显异于外围磁场,故可将静态干扰要素作为地磁室内定位的标识;同样,动态干扰要素对地磁的影响也是不可忽略的,且因它的可移动性,对室内地磁基准图生成起到不利的影响,故在地磁基准图数据采集过程中,应该尽量躲避动态干扰要素。本文首先通过一系列的地磁实验证明地磁场信息作为室内定位依据的可行性。其次,通过不同的室内场景来分析室内地磁干扰要素,得出地磁场与干扰要素之间的关系。为实现数据采集的高效、准确、便捷性,本文利用多个HMC5983磁传感器放置在移动平台上大量采集室内地磁基准图,本文研究并设计出室内地磁基准图数据采集移动平台,该移动平台搭载诸多传感器,如惯性导航传感器、车轮编码器、磁传感器、红外传感器、超声波传感器及蓝牙传感器等,实现数据采集,无线传输等功能;利用特定的数据格式进行数据采集,通过串口调试工具对惯性导航传感器和车轮编码器数据进行航迹推算,得出移动平台的室内空间位置;将二维平面坐标及与其对应的三维地磁数据按照固定格式保存,利用克里金法对该地磁图数据进行插值,生成所需间隔大小的栅格地磁图,将该地磁基准图保存在数据库中。
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P318
【部分图文】：

定位技术,手机,瓶颈问题,实质性

第 1 章绪论研究背景随着城市的不断扩张和发展，智慧城市一词浮现在人们面前。智慧城市的发展势必虑室内空间信息，但是现在掌握的室内信息很少，阻碍了智慧城市的发展进程。将和室外的信息完美融合，是智慧城市的发展趋势。自 GPS（全球定位系统）出现以室外空间定位技术得以发展，以其高效、快速、方便与准确对人们的生活产生巨大响，带动一批应用和服务类行业的快速发展，但是 GPS 定位技术也有它的局限性室内环境有诸多影响 GPS 信号传输的结构和设施，如封闭的钢筋混凝土建筑物及设备产生的磁场等，GPS 定位效果不尽理想，因此在室内环境下急需一种准确、高便捷的定位技术来获取室内空间位置信息。移动智能终端正在逐渐成为人们日常生活中必不可少的工具，是感知、分享、获取面信息的核心设备。智能手机内置传感器不断丰富，如今已经赋予其强大的感知能感知周围环境信息，为用户提供确切的、有意义的终端服务。如下图所示，手机内很多传感器，这对于手机终端的定位是有很大帮助的，如图 1-1 所示，WiFi 传感器传感器、地磁传感器、加速度传感器及陀螺传感器等[1]。

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2-1 建筑物走廊一维地磁图分布，横轴表示行进距离，单位是 m；纵轴表示磁场值，单位 μT.2-1 One dimensional geomagnetic map of building corridor，the horizontal axis represents the distancetraveled, the unit is m；The vertical axis represents the magnetic field value, the unit is μT3）利用地磁定位准确性高从理论上说，地球上任意点的地磁坐标都是不同的，在水平坐标相同的条件下，如海拔高度不同，三维地磁数据也是不相同的。基于该理论依据，我们可以得到其定位果好的特点。地磁室内定位相对于其他室内定位技术来讲，其室内定位精度较高，I-FI 定位技术需要多个定位基站才能定位出移动终端的位置，但该位置只是一个范围，位精度在米级。在室内，如果定位精度在米级的话，很有可能定位错误。而室内地磁差异较大，而且每一个地方都有一个地磁场值，这对于室内定位来说是很有意义的，实验表明地磁室内定位技术定位精度在 0.1～2.0m 之间，是 WI-FI 定位技术无法逾越精度。.2 磁传感器及硬铁干扰HMC5983 是一个带有温度补偿的三轴电子罗盘传感器，它是一种表面贴装的高集模块，其内部镶嵌了高分辨率的 HMC118X 系列磁阻传感器，自动消磁带、偏置带和

磁传感器,电子元器件,时位,硬铁

图 2-2 HMC5983 磁传感器Fig.2-2 HMC5983 magnetic sensor的各个电子元器件设计时位置是相对恒定的，通电后，该干扰磁场称为硬铁干扰场[13]。这些干扰与磁传感器的相上加了一个定值便了消除硬铁干扰。由于磁传感器的体传感器周围均分布，产生的合成磁场分量是不变的。磁，故在这里要进行硬铁补偿实验。/车轮编码器感器固定在移动平台几何中心，组成移动平台的捷联式航系统数据更新的中心思想是将k 时刻的惯性导航参数作为初值，利用k 时刻至 k 1时刻的陀螺及加速度计数关导航参数，作为 k 2时刻的捷联式惯性导航解算的初解算工作。当然，由于惯性导航传感器直接固定在移动

【参考文献】