基于磁偶极子的多磁信标定位技术研究.pdfVIP

摘要

随着科技的不断进步，室外定位技术和基于位置的服务也日益完善，传统的导

航定位技术如全球定位系统已经进入成熟阶段。室内是人们的主要活动场所，因此

室内定位服务具有很大的市场潜力，适用于室内环境的定位技术成为近十年来的

研究热点之一。在近年来涌现的多种室内定位技术中，基于磁信标的定位技术因磁

场信号不受多径效应影响、穿透性好等优势而备受关注；多磁信标定位技术的传统

方式是利用总磁场强度来实施定位。尽管磁强计的固有坐标系相对室内参考坐标

系时刻在变化，但各磁信标磁场矢量间夹角不随传感器的固有坐标系改变而变化。

基于此，本文针对多磁信标定位，提出了一种融合总磁场强度和磁场矢量间夹角的

定位算法。

建立磁信标准确的空间磁场模型是决定磁信标精确定位的关键。本文对磁偶

极子空间磁场分布开展了分析；通过对比泰勒一阶展开和级数求和法的计算结果，

发现级数求和法能使磁偶极子近场区域的计算结果更准确。数值仿真结果表明，将

圆形电流等分为100份即可获得磁偶极子磁场足够准确的计算结果。对比数值仿

真与实测结果发现，采用级数求和法并通过逐匝计算磁信标磁场，可获得磁信标准

确的空间磁场。

通过数值仿真分析了多磁信标系统的磁场矢量间夹角的空间分布特征。结果

表明，当把多个磁信标放置在同一平面内，在磁信标轴向一定距离的平面内，磁场

间夹角可呈现出不同的值；当把其中一个磁信标的轴旋转一定角度之后，磁场矢量

间夹角在空间中分布的差异会增大。该发现表明对于多磁信标定位而言，磁场矢量

间夹角这一参数可作为一种潜在的定位要素。

针对多磁信标定位技术，本文提出了融合总磁场强度和磁场矢量间夹角的定位

方案。把多个磁信标放置到指定位置，给其通入特定周期的方波电流；在定位阶段，

磁传感器采集好磁场数据，然后提取出各磁信标产生的磁场；计算出各磁信标磁场

的总强度和磁场矢量间的夹角，然后与模型匹配从而获得磁传感器的空间位置。实

验结果表明，采用融合定位方案，在离三磁信标中心0.4至2m的范围内98.6%的

采样点的定位误差小于0.1m，定位误差的中位值为0.03m；通过与仅使用总磁场

强度的定位结果进行对比，发现融合定位方案能够提升多磁信标的定位精度。

关键词:室内定位；多磁信标法；磁场矢量夹角

Abstract

Withthecontinuousadvancementoftechnology,outdoorpositioningtechnology

andlocation-basedservicesareincreasinglysophisticated.Traditionalnavigation

technologiessuchastheGlobalPositioningSystem(GPS)havereachedamaturestage.

Indoorspacesserveastheprimarylocationsforhumanactivities,makingindoor

positioningservicesholdenormousmarketpotential.Asaresult,indoorpositioning

technologieshavebecomearesearchhotspotinthepastdecade.Amongvarious

emergingindoorpositioningtechnologies,themagneticbeacon-basedpositioning

technologyhasattractedsignificantattentionduetoitsadvantages,suchasimmunity

tomultipatheffectsandgoodpenetration.Thetraditionalapproachformulti-magnetic

beaconpositioninginvolvesutilizingthetotalmagneticfieldintensityforpositioning.

Despitetheinhe