基于特征矢量的磁信标定位技术

论文摘要

随着卫星定位技术的不断普及,室外定位服务的精度已经基本满足人们的日常需要,然而由于卫星信号穿透性弱及多径效应等问题,在室内、地底等存在大量障碍物遮挡的复杂环境中,定位结果容易出现较大的误差,难以满足任务需求,因此复杂环境定位方面蕴含巨大的潜力,是目前相关领域的重点研究方向。与传统定位方式相比,低频磁场定位有信号穿透性强、传播过程中不存在多径效应、误差不随时间累积等特点,因此适合在复杂环境下提供定位服务,本文对低频交变磁场定位技术进行了深入研究,提出了一种基于特征矢量的磁信标定位技术。首先,为了描述磁信标在空间任意点产生的磁场与位置的关系,展开了对磁场分布模型的研究,针对传统单磁偶极子模型在近场区域误差大的问题,结合分布式多级磁场模型理论,提出了双磁偶极子磁场分布模型。由于传感器采集到的原始磁场数据中包含环境中的干扰磁场,为了对磁信标产生的正弦磁场精准提取,设计了一种正弦磁场信号参数辨识算法,在三角函数拟合法的基础上,引入频谱分析技术提升频率辨识精度,并针对三角函数拟合法的重复计算问题进行了改进,添加了滑动窗结构以存储中间数据,提升了信号辨识算法的计算效率。接着,根据磁信标产生的旋转磁场的特征矢量不变性,设计了基于特征矢量的单磁信标定位算法,针对特征矢量计算过程中,正交螺线管产生的同频磁场难以分别提取的问题,设计了一种区域异步叉乘算法,能够直接利用磁信标产生的合成磁场对特征矢量进行计算,同时抑制传感器测量噪声导致的定向结果波动,提高定位结果的稳定性。最后,对单磁信标定位算法进行误差分析,研究各误差因素对定位解算的影响,根据相对俯仰角对常见误差因素不敏感的特点,对一种基于特征矢量的多磁信标定位算法进行了研究。然而多磁信标定位解算中的位置约束方程呈现非线性,因此能够转换成非线性的最小二乘拟合,利用Levenberg-Marquardt法进行位置参数优化,实现了高鲁棒性的定位输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及研究的目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•     1.2.3 研究现状分析
•   1.3 本文的主要研究内容和章节安排
• 第2章 通电螺线管磁场空间分布建模
•   2.1 引言
•   2.2 通电螺线管单磁偶极子模型
•   2.3 通电螺线管磁偶极子阵列模型
•   2.4 通电螺线管双磁偶极子模型
•   2.5 磁场分布模型实验验证
•   2.6 本章小结
• 第3章 交变磁场信号辨识与提取
•   3.1 引言
•   3.2 基于FFT的磁场信号频谱分析
•   3.3 基于三角函数拟合的信号辨识技术
•   3.4 改进三角函数拟合的信号辨识技术
•   3.5 正弦磁场提取与辨识实验
•   3.6 本章小结
• 第4章 基于特征矢量的单磁信标定位
•   4.1 引言
•   4.2 磁信标定位系统设计
•   4.3 基于特征矢量的单磁信标定位算法
•   4.4 基于区域异步叉乘的特征矢量提取算法
•   4.5 基于特征矢量的单磁信标定位实验
•   4.6 本章小结
• 第5章 系统误差分析及多磁信标定位
•   5.1 引言
•   5.2 单磁信标定位误差分析
•     5.2.1 螺线管不严格正交误差
•     5.2.2 传感器坐标系偏转误差
•     5.2.3 磁矩及磁导率误差
•   5.3 多磁信标定位算法设计
•   5.4 基于Levenberg-Marquardt法的非线性优化
•   5.5 多磁信标定位实验
•   5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王煜

导师: 李清华

关键词: 磁偶极子,正弦信号参数辨识,误差分析,多磁信标定位

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地球物理学,电信技术

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TN96;P318

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003294

总页数: 68

文件大小: 2820K

下载量: 74