基于磁力计算法偶极子定位方法
文献发布时间:2024-04-18 19:52:40
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。
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