一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空间磁场定位技术领域，特别是指一种基于三轴磁传感器的三维磁场 定位方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，定位技术主要有全球定位系统（Global Positioning System，GPS)定位技 术、射频传感网节点定位技术、惯性导航定位技术及磁场定位技术。GPS和传感网定位均使 用不能穿透土壤的高频电磁波，限制了其在地下环境的使用，惯性导航技术存在累积误差， 只适合辅助定位。因此基于近场理论的磁场定位技术是进行地下定位的最佳手段。
[0003] 现有针对磁场定位技术的研宄中，既有通过检测参考点信标磁场强度来计算自身 位置的主动定位技术，也有待定位信号源自身产生磁场被外部传感器检测并定位的被动定 位技术。这些定位技术主要被应用在短距离定位的医学领域。而在地表下定位的应用中，待 定位信号源与地表检测点的距离达到几十甚至几百米，现有的磁定位技术显然无能为力， 也就是，现有的三维定位技术难以在地表下长距离实施。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及 系统，以解决现有技术所存在的三维空间定位技术无法应用于地表下长距离定位的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位 方法，包括：
[0006] 通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形线圈和谐振电 容串联构成的串联谐振电路；
[0007] 对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐 标；
[0008] 根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信号源的 三维坐标值。
[0009] 可选地，所述测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标包括：
[0010] 通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器将所述交变磁场信号的三个相互垂直方向 上信号分量感应成三路电动势信号；
[0011] 通过带通滤波电路滤除所述三路电动势信号频谱之外的噪声信号；
[0012] 根据A/D转换器采样值的大小，将所述带通滤波电路输出的所述三路电动势信号 放大到合适的三路模拟电压信号并转化为三路数字电压信号；
[0013] 根据所述三路数字电压信号，确定所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标。
[0014] 可选地，所述通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器将所述交变磁场信号转化为三 路电动势信号之后包括：
[0015] 通过阻抗匹配电路使所述三轴磁传感器的输出阻抗与所述带通滤波电路的输入 阻抗达到匹配。
[0016] 可选地，所述根据所述三路数字电压信号，确定所述交变磁场信号的磁感应强度 的矢量坐标包括：
[0017] 确定所述三路数字电压信号的幅值分别对应的磁感应强度的幅值；
[0018] 对所述三路数字电压信号的相位进行分析，将所述相位归为0和π两类，〇相位和 π相位分别对应磁感应强度幅值的正和负；
[0019] 根据分析结果，确定所述三路数字电压信号分别对应的磁感应强度的幅值的正 负；
[0020] 根据磁感应强度的幅值及幅值的正负，确定所述交变磁场信号的磁感应强度的矢 量坐标。
[0021] 可选地，所述根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定待 定位信号源的三维坐标值包括：
[0022] 根据4个检测点的所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信 号源所在闭合曲面的第一离散点坐标集合Kx/，y/，ζ/ )}，其中，1 = 1，2,3,4，分别 对应四个不同的检测点；
[0023] 以其中一个检测点的中心为原点，位于该检测点的三轴磁传感器的三个轴的方向 为坐标轴建立全局直角坐标系；
[0024] 将所述第一离散点坐标集合的坐标经过坐标旋转及坐标平移变换到所述全局直 角坐标系中，确定待定位信号源所在闭合曲面的第二离散点坐标集合{( Xi，yi，Zi) }，其中，i =1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点；
[0025] 确定所述第二离散点坐标集合的交点坐标集合；
[0026] 确定所述交点坐标集合的重心坐标值。
[0027] 另一方面，本发明实施例还提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，包 括：
[0028] 产生单元：通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形线 圈和谐振电容串联构成的串联谐振电路；
[0029] 测量单元：用于对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变磁场信号的磁感应 强度的矢量坐标；
[0030] 确定单元：用于根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定 待定位信号源的三维坐标值。
[0031] 可选地，所述测量单元包括：
[0032] 感应模块：用于通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器将所述交变磁场信号的三个 相互垂直方向上信号分量感应成三路电动势信号；
[0033] 滤除模块：用于通过带通滤波电路滤除所述三路电动势信号频谱之外的噪声信 号；
[0034] 转换模块：用于根据A/D转换器采样值的大小，将所述带通滤波电路输出的所述 三路电动势信号放大到合适的三路模拟电压信号并转化为三路数字电压信号；
[0035] 第一确定模块：用于根据所述三路数字电压信号，确定所述交变磁场信号的磁感 应强度的矢量坐标。
[0036] 可选地，所述测量单元还包括：
[0037] 匹配模块：用于通过阻抗匹配电路使所述三轴磁传感器的输出阻抗与所述带通滤 波电路的输入阻抗达到匹配。
[0038] 可选地，所述第一确定模块包括：
[0039] 第一确定子模块：用于确定所述三路数字电压信号的幅值分别对应的磁感应强度 的幅值；
[0040] 分析子模块：用于对所述三路数字电压信号的相位进行分析，将所述相位归为0 和两类，〇相位和JT相位分别对应磁感应强度幅值的正和负；
[0041] 第二确定子模块：用于根据分析结果，确定所述三路数字电压信号分别对应的磁 感应强度的幅值的正负；
[0042] 第三确定子模块：用于根据磁感应强度的幅值及幅值的正负，确定所述交变磁场 信号的磁感应强度的矢量坐标。
[0043] 可选地，所述确定单元包括：
[0044] 第二确定模块：用于根据4个检测点的所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐 标，确定待定位信号源所在闭合曲面的第一离散点坐标集合Kxi'，y/，z/ )}，其中，i =1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点；
[0045] 建立模块：用于以其中一个检测点的中心为原点，位于该检测点的三轴磁传感器 的三个轴的方向为坐标轴建立全局直角坐标系；
[0046] 第三确定模块：用于将所述第一离散点坐标集合的坐标经过坐标旋转及坐标平 移变换到所述全局直角坐标系中，确定待定位信号源所在闭合曲面的第二离散点坐标集合 {( Xi，yi，Zi)}，其中，i = 1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点；
[0047] 第四确定模块：用于确定所述第二离散点坐标集合的交点坐标集合；
[0048] 第五确定模块：用于确定所述交点坐标集合的重心坐标值。
[0049] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0050] 上述方案中，通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形 线圈和谐振电容串联构成的串联谐振电路；对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变 磁场信号的磁感应强度的矢量坐标；根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量 坐标，确定待定位信号源的三维坐标值。这样，通过圆形线圈和谐振电容串联构成的串联谐 振电路能够增强待定位信号源的磁场强度，从而能够对处于地下几十米乃至几百米的待 定位信号源进行定位。
【附图说明】
[0051] 图1为本发明实施例一提供的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法流程图；
[0052] 图2为本发明实施例提供的待定位装置的结构示意图；
[0053] 图3为本发明实施例提供的检测装置的结构示意图