基于磁力计算法偶极子定位方法

技术领域

本发明涉及偶极子定位方法技术领域，尤其涉及基于磁力计算法偶极子定位方法。

背景技术

传统的定位方法通常依赖于卫星导航系统(如GPS)或无线通信信号，其虽然能够帮助快速定位，但这些方法在室内、地下或其他信号遮挡区域存在局限性，容易出现定位偏差。此外，这些方法需要昂贵的设备和复杂的设置过程。因此，开发一种既经济又实用的定位方法具有重要意义。

经检索，中国专利申请号为CN200410064118.7的专利，公开了一种GPS终端、GPS定位系统和GPS定位方法。其中的GPS定位方法，包括：接收一个GPS信号并检测一个接收的电场的强度的步骤；如果接收到的电场强，则选择根据该GPS信号由一个GPS终端获得的导航数据，并且如果接收到的电场弱，则选择根据该GPS信号从一个外部系统获得的导航数据的步骤；根据所述选择的导航数据检测该GPS终端的位置的步骤。上述专利中的GPS定位方法存在以下不足：在室内、地下或其他信号遮挡区域时容易出现定位偏差，局限性较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于磁力计算法偶极子定位方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于磁力计算法偶极子定位方法，包括如下步骤：

S1：获取磁场数据：使用磁力计、传感器设备获取周围磁场的数值分布；磁场数据通过数学模型进行预处理，以消除噪声和干扰；

S2：计算磁力梯度：将磁场数据转换为二维或三维空间中的磁力梯度向量；磁力梯度表示磁场强度随空间坐标的变化情况；

S3：确定偶极子位置：根据磁力梯度计算物体的偶极子位置；其实施方式为：测量物体产生的与磁场方向垂直的偶极子场的强度和方向，确定物体的位置；

S4：输出定位结果：将计算得到的偶极子位置信息反馈给用户；用户根据实际需求对定位结果进行进一步处理和分析。

优选的：所述S1步骤中，获取磁场数据的方法包括如下步骤：

S11：使用磁力计、传感器设备获取周围磁场的数值分布；

S12：使用多个磁力计进行校准和数据融合；

S13：对获取到的磁场数据进行预处理，通过滤波、去噪等算法，以消除噪声和干扰；

S14：将预处理后的磁场数据转换为二维或三维空间中的磁力梯度向量；

S15：根据实际需求，选择单精度或双精度或四精度的磁力梯度计算方法。

优选的：所述S14步骤中，采用有限差分法计算磁力梯度向量，具体方式为：

设磁力计i的输出为di(x,y),则磁力梯度向量可以表示为：

其中，

对于一个二维平面上的物体，其磁力梯度向量表示为：

dΩi＝[di(x,y)dx/dx+di(x,y)dy/dy]

其中，dx/dx和dy/dy分别表示x和y方向上的一阶偏导数；

然后，使用有限差分法来近似计算这些偏导数；

将一个任意点P(x0,y0)处的偏导数近似为一个有限差分值；

使用这个有限差分值来计算整个物体的磁力梯度向量。

优选的：所述S14步骤中，采用有限差分法计算磁力梯度向量时，使用有限差分法来近似计算偏导数的具体方式为：

假设离物体最近的已知点P(x0,y0),那么该点的偏导数通过以下公式计算：

dx/dx＝(di(x0+h,y0)-di(x0-h,y0))/(2h)

dy/dy＝(di(x0,y0+h)-di(x0,y0-h))/(2h)

其中，h是一个很小的常数；通过这种方式，将一个任意点P(x0,y0)处的偏导数近似为一个有限差分值。

优选的：所述S14步骤中，采用有限差分法计算磁力梯度向量时，使用有限差分值来计算整个物体的磁力梯度向量的具体方式为：

将每个点P(x0,y0)处的偏导数累加起来，得到整个物体的磁力梯度向量：

dΩi＝[sum_{j＝1}^n(di(xi_j,yi_j)dx/dx+di(xi_j,yi_j)dy/dy)]

其中，xi_j和yi_j是离物体最近的n个点的坐标。

优选的：所述S2步骤中，计算磁力梯度的方法包括如下步骤：

S21：将磁力梯度向量表示为一个矩阵或数组形式；

S22：对磁力梯度矩阵或数组进行线性代数运算；

S23：根据所得到的特征向量和特征值，得到磁场强度随空间坐标的变化情况。

优选的：所述S3步骤中，确定偶极子位置的具体方法，包括如下步骤：

S31：根据得到的磁力梯度信息，计算物体的偶极子位置；

S32：计算偶极子场的强度，具体采用如下公式：

E＝B*(1+cos(θ))

其中E为偶极子场强度，B为磁场强度，θ为物体到磁场源的距离与磁场方向之间的夹角；

S33：计算偶极子场的方向，具体采用如下公式：

θ＝arccos(B*(1+cos(θ)))

其中θ为偶极子场的方向角度。

优选的：所述S4步骤中，输出定位结果的具体方法，包括如下步骤：

S41：将计算得到的偶极子位置信息反馈给用户；在电子地图上标注出物体的位置；

S42：根据实际需求，可以将定位结果进行进一步处理和分析；计算物体的速度、加速度运动参数，根据定位结果进行路径规划。

优选的：所述S1步骤中，磁场数据通过数学模型进行预处理的方式为：

设磁场数据为一个向量，其大小和方向可以用数学模型表示为：

B＝B0*exp(-i*ωt)

其中，B0是基磁场强度，ω是角频率，t是时间；

通过数学模型进行预处理的公式表示为：

B_processed＝B_0*exp(-iωt)*α+B_0*exp(-iωt)*β

其中，α和β是两个常数，用于调整磁场数据的幅度和相位。

本发明的有益效果为：

1.本发明提出的基于磁力计算法偶极子定位方法，通过精确测量磁场变化，可以实现较高的定位精度；与卫星导航系统相比，本方法不受信号遮挡和干扰的影响，具有更高的可靠性。

2.本发明提出的基于磁力计算法偶极子定位方法，可以在实时环境中进行定位，适用于各种应用场景；适用于各种环境和应用场景，如智能停车、室内定位、地下矿井定位、农业种植定位等。

附图说明

图1为本发明提出的基于磁力计算法偶极子定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1：

基于磁力计算法偶极子定位方法，包括如下步骤：

S1：获取磁场数据：使用磁力计、传感器设备获取周围磁场的数值分布；磁场数据通过数学模型进行预处理，以消除噪声和干扰；

S2：计算磁力梯度：将磁场数据转换为二维或三维空间中的磁力梯度向量；磁力梯度表示磁场强度随空间坐标的变化情况；

S3：确定偶极子位置：根据磁力梯度计算物体的偶极子位置；其实施方式为：测量物体产生的与磁场方向垂直的偶极子场的强度和方向，确定物体的位置；

S4：输出定位结果：将计算得到的偶极子位置信息反馈给用户；用户根据实际需求对定位结果进行进一步处理和分析。

其中，所述S1步骤中，获取磁场数据的方法包括如下步骤：

S11：使用磁力计、传感器设备获取周围磁场的数值分布；

S12：使用多个磁力计进行校准和数据融合；

S13：对获取到的磁场数据进行预处理，通过滤波、去噪等算法，以消除噪声和干扰；

S14：将预处理后的磁场数据转换为二维或三维空间中的磁力梯度向量；

S15：根据实际需求，选择单精度或双精度或四精度的磁力梯度计算方法。

其中，所述S14步骤中，采用有限差分法计算磁力梯度向量，具体方式为：

设磁力计i的输出为di(x,y),则磁力梯度向量可以表示为：

其中，

对于一个二维平面上的物体，其磁力梯度向量表示为：

dΩi＝[di(x,y)dx/dx+di(x,y)dy/dy]

其中，dx/dx和dy/dy分别表示x和y方向上的一阶偏导数；

然后，使用有限差分法来近似计算这些偏导数，假设离物体最近的已知点P(x0,y0),那么该点的偏导数通过以下公式计算：

dx/dx＝(di(x0+h,y0)-di(x0-h,y0))/(2h)

dy/dy＝(di(x0,y0+h)-di(x0,y0-h))/(2h)

其中，h是一个很小的常数；通过这种方式，可以将一个任意点P(x0,y0)处的偏导数近似为一个有限差分值；

然后，使用这个有限差分值来计算整个物体的磁力梯度向量；具体的，将每个点P(x0,y0)处的偏导数累加起来，得到整个物体的磁力梯度向量：

dΩi＝[sum_{j＝1}^n(di(xi_j,yi_j)dx/dx+di(xi_j,yi_j)dy/dy)]

其中，xi_j和yi_j是离物体最近的n个点的坐标。

其中，所述S2步骤中，计算磁力梯度的方法包括如下步骤：

S21：将磁力梯度向量表示为一个矩阵或数组形式；

S22：对磁力梯度矩阵或数组进行线性代数运算，例如求解特征值和特征向量、奇异值分解等；

S23：根据所得到的特征向量和特征值，得到磁场强度随空间坐标的变化情况。

其中，所述S3步骤中，确定偶极子位置的具体方法，包括如下步骤：

S31：根据得到的磁力梯度信息，计算物体的偶极子位置；

S32：计算偶极子场的强度，具体采用如下公式：

E＝B*(1+cos(θ))

其中E为偶极子场强度，B为磁场强度，θ为物体到磁场源的距离与磁场方向之间的夹角；

S33：计算偶极子场的方向，具体采用如下公式：

θ＝arccos(B*(1+cos(θ)))

其中θ为偶极子场的方向角度。

其中，所述S4步骤中，输出定位结果的具体方法，包括如下步骤：

S41：将计算得到的偶极子位置信息反馈给用户；这可以通过将结果以可视化的形式展示给用户，例如在电子地图上标注出物体的位置；

S42：根据实际需求，可以将定位结果进行进一步处理和分析；例如，可以计算物体的速度、加速度等运动参数，或者根据定位结果进行路径规划等操作。

实施例2：

基于磁力计算法偶极子定位方法，包括如下步骤：

S1：获取磁场数据：使用磁力计、传感器设备获取周围磁场的数值分布；磁场数据通过数学模型进行预处理，以消除噪声和干扰；

S2：计算磁力梯度：将磁场数据转换为二维或三维空间中的磁力梯度向量；磁力梯度表示磁场强度随空间坐标的变化情况；

S3：确定偶极子位置：根据磁力梯度计算物体的偶极子位置；其实施方式为：测量物体产生的与磁场方向垂直的偶极子场的强度和方向，确定物体的位置；

S4：输出定位结果：将计算得到的偶极子位置信息反馈给用户；用户根据实际需求对定位结果进行进一步处理和分析。

其中，所述S1步骤中，获取磁场数据的方法包括如下步骤：

S11：使用磁力计、传感器设备获取周围磁场的数值分布；

S12：使用多个磁力计进行校准和数据融合；

S13：对获取到的磁场数据进行预处理，通过滤波、去噪等算法，以消除噪声和干扰；

S14：将预处理后的磁场数据转换为二维或三维空间中的磁力梯度向量；

S15：根据实际需求，选择单精度或双精度或四精度的磁力梯度计算方法。

其中，所述S2步骤中，计算磁力梯度的方法包括如下步骤：

S21：将磁力梯度向量表示为一个矩阵或数组形式；

S22：对磁力梯度矩阵或数组进行线性代数运算，例如求解特征值和特征向量、奇异值分解等；

S23：根据所得到的特征向量和特征值，得到磁场强度随空间坐标的变化情况。

其中，所述S3步骤中，确定偶极子位置的具体方法，包括如下步骤：

S31：根据得到的磁力梯度信息，计算物体的偶极子位置；

S32：计算偶极子场的强度，具体采用如下公式：

E＝B*(1+cos(θ))

其中E为偶极子场强度，B为磁场强度，θ为物体到磁场源的距离与磁场方向之间的夹角；

S33：计算偶极子场的方向，具体采用如下公式：

θ＝arccos(B*(1+cos(θ)))

其中θ为偶极子场的方向角度。

其中，所述S4步骤中，输出定位结果的具体方法，包括如下步骤：

S41：将计算得到的偶极子位置信息反馈给用户；这可以通过将结果以可视化的形式展示给用户，例如在电子地图上标注出物体的位置；

S42：根据实际需求，可以将定位结果进行进一步处理和分析；例如，可以计算物体的速度、加速度等运动参数，或者根据定位结果进行路径规划等操作。

其中，所述S1步骤中，磁场数据通过数学模型进行预处理的方式为：

设磁场数据为一个向量，其大小和方向可以用数学模型表示为：

B＝B0*exp(-i*ωt)

其中，B0是基磁场强度，ω是角频率，t是时间。

通过数学模型进行预处理的公式可以表示为：

B_processed＝B_0*exp(-iωt)*α+B_0*exp(-iωt)*β

其中，α和β是两个常数，用于调整磁场数据的幅度和相位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。