室内地磁定位导航装置

摘要

一种新型的室内地磁定位和导航装置，本系统依托新型的MEMS谐振微磁传感器，搭载于自动遥控机器人上，对室内地磁场进行3分量(X、Y、Z)相对量测量，基于实测数据所建立的曲面SPLINE模型和局部地磁底图，经过叠加后形成综合底图，再利用单点匹配、图像匹配(Homography Algorithm，Imaging Mosaic Algorithm)等方式进行匹配、定位、导航，最后通过视频输出。

主权项

一种室内地磁定位和导航装置，该装置由室内遥控小型机器人、谐振式微磁传感器、无线数传电路板、上位机、下位机软件构成。其特征在于：系统依托新型的MEMS谐振微磁传感器，搭载于自动遥控机器人上，对室内地磁场进行3分量(X、Y、Z)相对量测量，基于实测数据所建立的曲面Spline模型和局部地磁底图，经过叠加后形成综合底图，再利用单点匹配、图像匹配(Homography Algorithm，Imaging Mosaic Algorithm)等方式进行匹配、定位，最后通过视频输出。针对当前室内定位技术的一些问题，我们利用地磁场进行定位导航。由于地磁场是地球的固有物理场，在任意一点都具有差异性和唯一性，因此完全可以通过对其进行测量、建模，并通过单点匹配、图像匹配进行定位、导航。本发明主要是提供一种基于室内地磁场进行定位导航的装置。利用地磁场这一自然源进行导航，属于被动式导航。由于是在室内进行操作，而室内环境存在很多铁磁干扰和电磁干扰，因此必须在消除或尽量抑制周围干扰后，方可进行较为准确可靠的地磁定位导航。其技术方案是这样实现的：通过一种谐振式巨磁阻抗非晶丝传感器固定在室内遥控小型机器人上进行测区的地磁场测量，该传感器测量测区地磁场的北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z，其他分量可通过转换公式计算得到，若进行图像匹配，则利用4个传感器构成2×2的阵列式传感器组进行测区测量，机器人上还装载了无线数据发射装置，由于考虑到会对磁传感器产生铁磁干扰，因此大部份材料都是用了铜、铝等非铁磁性材料，并在传感器和发射板间使用铝制隔板进行格挡。在终端PC上安置了无线数据接收装置，在机器人行走时进行实测，在PC接受到预先测量的地磁数据后，建立起测区曲面Spline模型，将其与测区的实际分布相叠加，形成了测区的综合底图。实际进行测区定位时，可分为单点匹配和图像匹配两种方法，单点匹配也称为最优点匹配或最小距离匹配，通过设定一定值的容差在区域网格模型中选取最合适的测点，以此进行匹配；图像匹配是利用两种现较为常用的匹配方法‑‑Homography算法和Imaging Mosaic算法完成，这两种方法各有特点，结合在一起使用，可提高局部图像匹配的准确度。经过算法匹配后，在机器人上贴加一张有色标记纸，通过C++程序在上位机即时地绘制出小车在综合底图上的运动轨迹，并通过对机器人输入下一目标点的磁场强度进行导航，最后将定位信息进行实时视频输出。