基于低频磁信标的自主导航定位技术研究

发布时间：2020-07-02 16:41

【摘要】：以GPS、北斗为代表的全球导航卫星定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是目前使用最为广泛的导航定位技术。但在一些挑战环境中,如地下、水下、峡谷、洞穴或室内等区域,单纯使用GNSS信号会有较大的定位误差,甚至导致无法进行定位服务。在此背景下,通过使用人工磁信号产生的低频磁场进行定位的方法具有特有的优势。本文给出了基于低频磁信标的自主导航定位技术,对于水下跟踪定位、地下生物探索以及室内机器人导航等单独采用GNSS技术定位影响较大的场景下,为实现全天时、高精度的自主定位提供了一种有效的解决思路。首先分析了国内外相关领域的现状,目前基于磁信标的定位方法逐渐地崭露头角,但研究成果相对较少。研究了磁场的分布特性,包括毕奥-萨伐尔定律、磁偶极子及磁矩等定理,分析了不同介质下的作用距离,梳理了基于低频磁场下的定位理论,并给出了基于单磁信标模型下的定位推导。研究了分别基于集中式和基于分立式的双磁信标定位方法,给出了原理推导并进行了仿真分析,结果表明,分立式双磁信标定位方法具有更好的定位效果;然后分析了影响定位误差的因素,包括信噪比、信标与传感器的相对偏转角以及磁衰减介质对定位效果的影响,总结了基于磁信标的定位方法的基本特性,为提高定位精度奠定了理论基础。然后,研究了基于多磁信标的3D定位方法。首先,对该方法给出了原理性的推导和实现的具体步骤。设计并进行了仿真实验,通过实验数据分析、验证了这种定位方法的有效性。然后,从原理上分析了2D算法和3D算法的优缺点以及应用条件,并通过仿真实验进行了分析验证。然后,利用搭建的实验平台,对所给出的2D定位方法进行了一系列实地实验,验证了该方法的可行性。研究了基于智能搜索算法的磁信标定位方法,首先给出了基于模拟退火算法的磁信标定位方法,分析了模拟退火算法的原理,设计了实验操作步骤,并通过仿真实验进行分析验证。然后,针对模拟退火算法的使用过程中对全局搜索的能力较差、参数对算法性能影响较大的问题,提出了基于布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search,CS)的磁信标定位方法,分析了CS算法的原理,给出了实验步骤,并通过仿真实验验证了该方法的可行性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN96
【图文】：

图 1-1 类 GPS 定位方法示意图究人员 Janne Haverinen 提出了一种过在四个的建筑物内进行一系列全局进行了人体自我定位实验。该研究表的稳定性。这是利用地球磁场的磁定

利用地磁场的人体定位示意图

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本文编号：2738429