基于惯导辅助地磁的个人室内定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及手机室内定位领域，具体涉及一种基于惯导辅助地磁的个人室内 定位系统。
【背景技术】
[0002] 随着科技的飞速发展，关于移动定位技术方向的研究在近些年取得了很大的进 展，包括GPS室内定位、光跟追定位、蓝牙定位、Wifi室内定位、Zigbee室内定位等等，具体 主要包括Google Map、高德地图、Google Map、寻鹿等等，但是这些定位方式均需要另外架 设相应设备，如GPS定位需要卫星，Wifi定位需要架设足够的Wifi节点，Zigbee室内定位 需要在室内至少铺设三个以上的Zigbee节点构成无线传感模块。但是，上述定位方式需要 构建复杂的外围硬件基础设备和硬件辅助设备，费用非常大，不利于广泛使用。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是针对上述技术问题，提供一种基于惯导辅助地磁的个 人室内定位系统，不需构建复杂的外围硬件基础设备，也不需改变智能手机结构，仅仅依赖 普通智能手机即可获得较好的室内定位精度，能够大幅减少额外硬件辅助设备带来的昂贵 费用，用户使用起来安全可靠，简单方便，经济便捷。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种基于惯导辅助地磁的个人室内定位系统，设置在移动载体上；其特征在于： 主要包括一个基于Android平台的智能手机，所述智能手机内置陀螺仪、加速计、磁力计； 智能手机通过所述陀螺仪、加速计、磁力计分别得到载体的旋转角、位移、方位角，然后通过 测量载体所在区域内的地磁信息，构建手机内部地磁基准图；在移动载体移动过程中，利用 惯性导航技术进行相对定位，获得载体在三维空间中的相对位置，然后通过MSD地磁匹配 算法匹配出移动载体的最佳所处地点信息。
[0006] 上述技术方案中，所述的基于惯导辅助地磁的个人室内定位系统定位工作包括如 下步骤：
[0007] 步骤Sl :通过手机内置磁力计对载体所在区域的地磁数据进行扫描，获得区域的 地磁基准图信息并存储在手机中，构建手机内部地磁基准图，同时根据实际场景按比例绘 制手机平面地图；
[0008] 步骤S2 :移动载体开始移动，当载体运动到室内定位环境下时，由惯性导航系统 中定位得到载体的相对位置，基于这个相对位置从地磁基准图中搜索出一个新的局域地磁 基准图；
[0009] 步骤S3 :由手机内置磁力计实时测量载体所处位置的磁矢量；并将磁矢量从三维 量转化为二维量；
[0010] 步骤S4 :手机将测量转化后的磁矢量与局域地磁基准图进行MSD地磁匹配算法匹 配，地磁匹配算法处理后的数据存储到智能手机中，然后将载体所在位置显示在手机平面 地图上，从而实现智能手机实时显示载体的位置。
[0011] 上述技术方案中，在步骤Sl前，智能手机需要进行数据获取，主要包括磁力计、陀 螺仪和加速度计的数据获取。
[0012] 上述技术方案中，步骤S2中，所述相对位置与手机内置加速度计关系如下：
[0015] 其中v。，Vni分别表示t。，tj寸刻手机线速度，a为手机一个方向上的加速度，見为 t。到t "的平均速度，Δ s为手机的相对位移。
[0016] 上述技术方案中，步骤S3中，磁力计测得的磁场磁矢量的大小与方向的关系如 下：
[0017] M (r, t) = Mm (r, t) +Mc (r) +Md (r, t)
[0018] 式中，M表不磁场总强度，]^表不主地磁场、M。表不地壳地磁场，M廣不干扰地磁 场；r表示载体所处位置，t表示时间；
[0019] 将磁矢量从三维量转化为二维量的过程中：M、H、供、_ Φ四要素与M在地球坐标系 三个轴上投影Mx，My，Mz的关系如下：
[0024] 式中，磁场总强度用M表示，将它投射到东北平面得到H，称作水平强度；将H投射 到东西向轴，得到东西向场强Mx ;同理，将H投射到南北向轴，得到南北向场强My ;其#表示 磁偏角，Φ表示磁倾角。
[0025] 上述技术方案中，步骤S4中将测量磁矢量与局域地磁基准图进行匹配时，使用地 磁匹配算法均方差MSD获得绝对位置，其地磁匹配均方差MSD获取关系式如下：
[0027] 上式中的D(u，V)为地磁匹配相关函数，Nu V+1表示基准数据库的位置（u，v+i)上 的特征量，Hi1表示实时测量的第i个特征量，N表示相关数据的总点数。
[0028] 由此，本发明区别于传统的室内定位方式，不需要构建复杂的外围硬件基础设 备，能在不改变智能手机结构、不依赖于外部架设相应设备的基础上，仅利用惯导辅助 MSD(Mean Square Deviation)地磁定位算法和手机内置的传感器设备便能达到一个较高 精度的定位功效。也即用户只需要一部内置传感器设备的Android智能手机，利用地球提 供的固有地磁场信息，即可实现室内定位。用户使用起来安全可靠，简单方便，经济便捷。进 一步的，本发明利用惯性导航技术辅助MSD地磁定位算法，缩小了地磁基准图的匹配范围， 减少地磁匹配计算量，能获得较好的室内定位精度，此方式适用于大型购物商场、会展中心 以及大型地下停车库等的室内定位，定为精度可以达到1.0 M~2. 0M，其商业市场价值巨 大。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明基于惯导辅助地磁的个人室内定位系统原理图；
[0030] 图2是本发明涉及的地磁匹配定位系统框图；
[0031] 图3是本发明惯导辅助MSD算法定位流程图；
[0032] 图4是本发明涉及的地磁物理量关系图。
【具体实施方式】
[0033] 为了进一步说明本发明的技术方案，对照附图1-4对本发明进行详细的说明。
[0034] 本发明涉及的基于惯导辅助地磁的个人室内定位系统，用于载体在室内运动时的 实时定位，包括一个设置在移动载体上的Android智能手机（具有高速多核或单核的CPU 处理器），所述移动载体为能够携带Android智能手机的移动个体，能够自主或被动移（若 移动载体为人或可移动的不带智能设备的物体，则由人或可移动物体控制手机移动，若移 动载体为移动智能体，则手机由智能体控制移动且能与手机实现通讯）；所述智能手机配 备有陀螺仪、加速传感器、地磁传感器，其中陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor)也叫地感 器，传统结构是内部有个陀螺，三轴陀螺仪的工作原理是通过感知三维坐标系内陀螺转子 的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的 运动状态。三轴陀螺仪可以同时感知上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分 解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度；加速传感器（Accelerometer、 G-Sensor)也叫重力感应器，通过感知载体在某个轴向上的受力情况来感知沿地表垂直方 向上的加速度，实际上是可以感知任意方向上的加速度；地磁传感器用于感知载体磁场强 度和方向，还能定位载体的方位，其实磁力计的工作原理跟指南针的工作原理在很多方面 都很类似，可以感知出当前载体与东南西北四个方向上的夹角。
[0035] 本发明中均在Android智能手机上实现，本发明的惯导辅助地磁定位系统主要分 为地磁采集模块、惯性导航系统、地磁定位匹配算法模块。地磁采集模块主要完成地磁传 感器模块数据读取以及预处理工作，通过手机自带的高精度的三轴磁力计对区域的地磁数 据