【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁场定位，尤其是涉及一种基于特定电磁场关系映射的定位方法、装置和介质。
技术介绍
1、磁场作为一种向量场，利用其测量信息进行定位导航具有许多独特的优势。首先，磁场能够穿透许多常见障碍物，因此在有遮挡物的环境下依然能够实现较高的定位精度。其次，磁场定位的环境适应性优于gnss，磁场不易受到环境变化的影响，能够在温度、湿度变化较大的环境中稳定工作。最后，磁场定位系统具有较低的响应延迟，能够实现实时的定位和导航。
2、由于这些特性，磁场定位系统在一些特定应用场景中显示出巨大的潜力。例如，在障碍物之间、夜间或恶劣天气等复杂环境中，磁场定位系统通过特定电磁场关系映射的定位方法，结合磁场的测量信息，构建磁场强度与方向的空间映射关系，实现定位导航。这样的方法不仅可以克服gnss的一些缺陷，还能在复杂和动态环境中提供更可靠的定位服务。
3、尽管如此，磁场定位也存在一些缺陷，磁场定位的实现难度较大，需要对磁场环境进行详细的测绘和建模，这在实际应用中可能耗时且复杂，限制了该技术的应用。由于准确测绘环境中各处磁场强度的计算量大，难度过高，因此如何通过有限的测绘，获得磁场强度的定位模型是函待研究的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的计算量大的缺陷而提供一种基于特定电磁场关系映射的定位方法、装置和介质。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，包括以下步骤：p>
4、s1：建立目标磁场环境的仿真模型得到磁场强度分布图，并建立磁场强度分布图的坐标系；
5、s2：使用含有多个磁场传感器的磁场测量设备，放入目标磁场环境中采样，获取磁场传感器的有序读数；
6、s3：根据磁场传感器的有序读数和磁场强度分布图的坐标系，建立目标磁场环境和磁场强度分布图的空间位置关系映射表；
7、s4：将装有与s2相同的磁场测量设备的待测物体置入目标磁场环境中，获取待测物体的磁场传感器的有序读数，根据待测物体的磁场传感器的有序读数、空间位置关系映射表，反演计算待测物体在磁场中的空间位置。
8、进一步地，仿真模型包括磁场仿真的物理区域和尺寸、介质、激励、边界条件、网络剖分结构。
9、进一步地，仿真模型通过梯度计算检测磁场强度的突变位置，梯度的计算表达式为：
10、
11、式中，为梯度，x为磁场强度分布图的横坐标，y为磁场强度分布图的纵坐标。
12、进一步地，步骤s3中，对磁场传感器的有序读数进行预处理，预处理的计算表达式为：
13、xk+1＝f(xk,uk)+wk
14、zk＝h(xk)+vk
15、式中，xk为磁场传感器的状态向量，uk为控制输入，wk和vk分别为过程噪声和测量噪声，f(·)和h(·)分别为状态转移函数和观测函数，计算预处理后传感器在磁场中的读数的计算表达式为：
16、
17、
18、
19、
20、
21、
22、
23、pk|k＝(i-kkhk)pk|k-1
24、
25、式中，为预测状态，pk|k-1为预测误差的协方差矩阵，fk为状态转移函数的雅可比矩阵，q为过程噪声协方差，r为测量噪声协方差，yk为误差向量，sk为创新协方差矩阵，kk为卡尔曼增益，hk为观测函数的雅可比矩阵，为预处理后传感器在磁场中的读数。
26、进一步地，步骤s4中，所述反演计算的具体过程为：
27、已知磁场分布函数h(r)，其中r＝(x,y)，表示位置坐标，磁场传感器读数为hmeas(i)其中i表示第i个传感器，计算得到使目标函数处于最小值的位置r0，目标函数的计算表达式为：
28、
29、式中，ri是相对于采样结构中心的第i个传感器的位置，设定采样结构在磁场中的初始位置使用优化算法迭代求解最佳位置，求解最佳位置的计算表达式为：
30、
31、迭代更新位置r0，对应的更新表达式为：
32、
33、式中，α为步长，在每次迭代中，计算当前估计位置的误差，误差的计算表达式为：
34、
35、式中，e(k)为误差，当误差e(k)小于预设阈值或误差变化率小于预设阈值时，停止迭代，得到最终位置，将最终位置r找到相匹配的探测结构，结合皮尔逊相关系数衡量估计位置与实际位置之间的匹配程度，最终位置r的计算表达式为：
36、
37、式中，是估计的磁场值的均值，是测量的磁场值的均值，最后根据得到的皮尔逊相关系数绝对值最接近1的前三组数据即表示物体可能在空间位置区域。
38、进一步地，磁场测量设备的结构为工字形结构，工字形结构的四端有序设置磁场传感器。
39、进一步地，传感器数据通过扩展卡尔曼滤波进行预处理。
40、进一步地，目标磁场环境为电缆线路的垂直面。
41、本专利技术的第二方面，一种基于特定电磁场关系映射的定位装置，包括存储器、处理器，以及存储于存储器中的程序，处理器执行程序时实现如上任一的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法。
42、本专利技术的第三方面，一种存储介质，其上存储有程序，程序被执行时实现如上任一的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法。
43、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
44、1)本专利技术在建模过程通过使用磁场探测装置获取在磁场内的有序读数，构建磁场强度分布图的空间位置关系映射表，减少了将现实磁场环境转化为可量化的定位模型所需的计算量和预测量次数，在定位过程中，根据磁场探测装置的有序读数匹配空间位置关系映射表，通过反演计算，得到待测物体在磁场中的空间位置，实现高效、低成本的定位。
45、2)本专利技术能够通过多组采样结构的匹配，进一步提高电磁辐射定位技术的可靠性和稳定性。
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1.一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，所述仿真模型包括磁场仿真的物理区域和尺寸、介质、激励、边界条件、网络剖分结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，所述仿真模型通过梯度计算检测磁场强度的突变位置，梯度的计算表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，步骤S3中，对磁场传感器的有序读数进行预处理，预处理的计算表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，步骤S4中，所述反演计算的具体过程为：
6.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，所述磁场测量设备的结构为工字形结构，所述工字形结构的四端有序设置磁场传感器。
7.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，所述传感器数据通过扩展卡尔曼滤波进行预处理。
8.根据权利
9.一种基于特定电磁场关系映射的定位装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法。
10.一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-8中任一所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，所述仿真模型包括磁场仿真的物理区域和尺寸、介质、激励、边界条件、网络剖分结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，所述仿真模型通过梯度计算检测磁场强度的突变位置，梯度的计算表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，步骤s3中，对磁场传感器的有序读数进行预处理，预处理的计算表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁场关系映射的定位方法，其特征在于，步骤s4中，所述反演计算的具体过程为：
6.根据权利要求1所述的一种基于特定电磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴飞，张亮亮，黄淑云，卫晓龙，侯海林，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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