一种电磁空间定位方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及空间定位，尤其涉及一种电磁空间定位方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、电磁定位与导航系统由电磁场发射器、接收器和电磁跟踪适配器组成。它利用发生器产生电磁场，然后利用电磁信号的发送和接收来确定目标的空间位置。电磁定位技术是基于电磁感应原理，利用传感器测量磁场发生器产生的磁场信息，从而计算目标的空间位姿和位置信息的定位方式。由于磁场的穿透能力强，对人体的伤害小，因此电磁定位技术在定位过程受到光学定位的障碍物限制时不会出现问题，也可以避免复杂的人体环境对超声波定位的不利影响。

2、关于磁场空间定位，目前主要采用永磁体和电磁线圈两种主要磁源。这两种技术都以磁偶极子作为激励源的模型，并利用磁传感器检测偶极子发出的信号。通过分析磁偶极子与传感器之间的耦合信号，并采用适当的算法计算位置和方向参数，实现对目标位置的准确定位。受工作空间限制，永磁体通常较小，导致产生的磁场相应地较弱且难以检测，并且随着永磁体与接收端之间距离的增加，定位误差也会增加。相反，电磁线圈能够产生强大且一致的磁场，用于精确定位。通常将电磁线圈为磁源的电磁定位系统分为两种主要类型：交流（ac）和直流（dc），根据所产生磁场的性质而定。交流电场的磁跟踪往往依赖于一个或多个振荡磁场，定位系统包含一个带有三轴正交线圈发射器和一个或多个三轴接收器，通常使用正交线圈来实现，依赖于使用迭代方法来计算和估计跟踪对象的姿态，计算量较大。在直流磁场跟踪系统中，通常使用磁传感器测量由电磁线圈产生的磁场。磁传感器的精度和采样率通常是有限的，因此采样精度和速率主要取决于磁传感器本身的素质，而且使用磁传感器需要考虑到地球本身的磁场干扰，影响到定位的精确度。

3、对于现有的相关技术中存在的定位精确程度较低的问题，目前还没有有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种电磁空间定位方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术中存在的定位精确程度较低的缺陷。

2、第一个方面，本发明提供一种电磁空间定位方法，包括：

3、获取目标对象的位姿信息和磁感应强度分量；所述目标对象包括惯性传感器和磁传感器，并且所述目标对象处于均匀梯度磁场中；

4、结合所述目标对象的位姿信息，对所述目标对象的磁感应强度分量进行角度补偿；

5、调用预先构建的磁场指纹定位算法，将角度补偿后的所述磁感应强度分量作为输入，确定所述目标对象在所述均匀梯度磁场中的位置坐标。

6、根据本发明提供的一种电磁空间定位方法，结合所述目标对象的位姿信息，对所述目标对象的磁感应强度分量进行角度补偿，包括：

7、根据所述目标对象的位姿信息，确定所述目标对象的旋转矩阵；

8、通过所述目标对象的旋转矩阵对所述目标对象的磁感应强度分量进行调整补偿。

9、根据本发明提供的一种电磁空间定位方法，构建所述磁场指纹定位算法，包括：

10、获取预先构建的磁场仿真数据库；所述磁场仿真数据库对应于产生所述均匀梯度磁场的麦克斯韦线圈；

11、基于所述磁场仿真数据库，确定所述磁场指纹定位算法。

12、根据本发明提供的一种电磁空间定位方法，所述磁场仿真数据库包括若干等级的索引文件；构建所述磁场仿真数据库包括：

13、确定所述麦克斯韦线圈的线圈参数，并对所述麦克斯韦线圈产生的均匀梯度磁场进行仿真；

14、将所述均匀梯度磁场的磁场空间分割成若干个立方体，并将每个立方体的磁场空间的磁感应强度分量作为所述磁场仿真数据库的一级索引；

15、对每个所述一级索引所对应的立方体进行再次分割，并确定对应数量的次级索引；

16、根据所述磁场仿真数据库的等级划分需求，判断是否完成索引划分工作，若没有完成，则对当前划分工作的下一级索引进行分割，直至达到等级划分需求。

17、根据本发明提供的一种电磁空间定位方法，所述麦克斯韦线圈的线圈参数包括：半径、匝数、线径和电流；将所述均匀梯度磁场的磁场空间分割成若干个立方体，包括：

18、根据所述麦克斯韦线圈的匝数，将所述均匀梯度磁场的磁场空间划分成对应数量的立方体。

19、根据本发明提供的一种电磁空间定位方法，所述磁场指纹定位算法为：

20、逐级遍历所述磁场仿真数据库中的索引文件，直至得到与所述磁场指纹定位算法的输入的欧氏距离最小的最后一级索引文件，作为目标索引；

21、获取所述目标索引所对应的立方体的坐标。

22、根据本发明提供的一种电磁空间定位方法，将角度补偿后的所述磁感应强度分量作为输入，确定所述目标对象在所述均匀梯度磁场中的位置坐标，包括：

23、逐级遍历所述磁场仿真数据库中的索引文件，直至得到与角度补偿后的所述磁感应强度分量的欧氏距离最小的最后一级索引文件，作为所述目标索引；

24、获取所述目标索引所对应的立方体的坐标，并将所述坐标作为所述目标对象的位置坐标。

25、第二个方面，本发明还提供一种电磁空间定位装置，包括：

26、获取模块，用于获取目标对象的位姿信息和磁感应强度分量；所述目标对象包括惯性传感器和磁传感器，并且所述目标对象处于均匀梯度磁场中；

27、补偿模块，用于结合所述目标对象的位姿信息，对所述目标对象的磁感应强度分量进行角度补偿；

28、确定模块，用于调用预先构建的磁场指纹定位算法，将角度补偿后的所述磁感应强度分量作为输入，确定所述目标对象在所述均匀梯度磁场中的位置坐标。

29、第三个方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的电磁空间定位方法。

30、第四个方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的电磁空间定位方法。

31、第五个方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的电磁空间定位方法。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、本发明提供的电磁空间定位方法，通过目标对象中的惯性传感器获取目标对象当前的位姿信息，以及通过磁传感器获取目标对象在当前的均匀梯度磁场中的磁感应强度分量。然后，结合目标对象的位姿信息，对目标对象的磁感应强度分量进行角度补偿，降低在定位过程中受到地球本身的磁场干扰。最后，将角度补偿后的磁感应强度分量作为磁场指纹定位算法的输入，从而确定目标对象的坐标。本方法将惯性测量与磁传感器测量的方式相结合，对传感器测量的磁感应强度分量进行角度补偿，使其能够满足6自由度的空间定位需求，解决了现有的相关技术中存在的定位精确程度较低的问题。

技术特征：

1.一种电磁空间定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电磁空间定位方法，其特征在于，结合所述目标对象的位姿信息，对所述目标对象的磁感应强度分量进行角度补偿，包括：

3.根据权利要求1所述的电磁空间定位方法，其特征在于，构建所述磁场指纹定位算法，包括：

4.根据权利要求3所述的电磁空间定位方法，其特征在于，所述磁场仿真数据库包括若干等级的索引文件；构建所述磁场仿真数据库包括：

5.根据权利要求4所述的电磁空间定位方法，其特征在于，所述麦克斯韦线圈的线圈参数包括：半径、匝数、线径和电流；将所述均匀梯度磁场的磁场空间分割成若干个立方体，包括：

6.根据权利要求4所述的电磁空间定位方法，其特征在于，所述磁场指纹定位算法为：

7.根据权利要求6所述的电磁空间定位方法，其特征在于，将角度补偿后的所述磁感应强度分量作为输入，确定所述目标对象在所述均匀梯度磁场中的位置坐标，包括：

8.一种电磁空间定位装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的电磁空间定位方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的电磁空间定位方法。

技术总结本发明提供一种电磁空间定位方法、装置、设备及存储介质，其中，该电磁空间定位方法包括：获取目标对象的位姿信息和磁感应强度分量；所述目标对象包括惯性传感器和磁传感器，并且所述目标对象处于均匀梯度磁场中；结合所述目标对象的位姿信息，对所述目标对象的磁感应强度分量进行角度补偿；调用预先构建的磁场指纹定位算法，将角度补偿后的所述磁感应强度分量作为输入，确定所述目标对象在所述均匀梯度磁场中的位置坐标。通过本发明，将惯性测量与磁传感器测量的方式相结合，对传感器测量的磁感应强度分量进行角度补偿，使其能够满足6自由度的空间定位需求，解决了现有的相关技术中存在的定位精确程度较低的问题。技术研发人员：赵俭辉,黄轶,袁志勇受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18