专利汇可以提供一种提高地磁场定位精度的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种提高地 磁场 定位 精度 的方法,包括如下步骤:步骤1.建立基于统计学分布的 地磁场 指纹 数据库 ;步骤2测量值位于指纹数据库的各网格的 置信度 计算方法;步骤3.在定位阶段,采用路径匹配的方法来计算当前 位置 的坐标,测量和计算的步骤是:步骤4.上述定位 算法 中最关键的部分是采用贝叶斯分类器,根据历史路径数据及先验概率计算各转弯点的可能位置的概率。本 发明 通用一系列独特的方法建立地磁场的置信区间指纹数据库,在定位过程中,根据历史定位数据的先验概率,采用贝叶斯分类器来计算当前处于各个可能位置的概率,与传统的K加权近邻法等方法比,大幅度降低了定位误差,提高了地磁场定位的准确率。,下面是一种提高地磁场定位精度的方法专利的具体信息内容。
1.一种提高地磁场定位精度的方法,包括如下步骤:
步骤1.建立基于统计学分布的地磁场指纹数据库;
地球磁场向量一般可以在坐标轴的三个分量方向下分解:以地理上的正北方向、正东方向以及与水平面垂直向下方向,分解为总磁场的正北分量、正东分量和垂直分量;地球磁场在水平面上的投影,称为水平分量,总是指向地磁正北;水平分量的指向就是指南针北极所指的方向,通常被称为磁北;水平分量与地理正北方向形成的角度,称为磁偏角;地球磁场与水平面形成的角度,称为磁倾角;
综上所述可以将地磁场的各个参数标记为:磁场总强度B,正北分量Bθ,正东分量BΦ,垂直分量Bγ,水平分量BH,磁偏角D,磁倾角I;
先将待测量的地块划分为i行j列的网格,网格的大小应小于地磁场测量的精度要求,然后按以下公式测量每个网格的地磁场强度:
其中 分别表示地磁场三个方向上的分量, 表示地磁场的总强度;由于
经过验算, 在统计学上基本符合正态分布,因此我们可以将其分布特征作为指纹特征来进行储存;因此指纹数据库的数据格式为:
(μAx,μAy,μAz,σAx,σAy,σAz,xA,yA) (2)
其中μAx,μAy,μAz分别为三个方向磁场强度经过高斯滤波之后的均值,σAx,σAy,σAz分别为三个方向磁场强度的标准差,xA,yA为位置坐标;
步骤2.测量值位于指纹数据库的各网格的置信度计算方法;
当需要判断定位数据与指纹数据库中的数据的符合程度时,可以通过计算其最小置信区间对应的置信度,即:
P(θ1<θ<θ2)=1-α (3)
当有一组随机变量X(x1,x2,x3,…,xn)为一组样本,设X~N(μ,σ2),若存在随机区间[θ1,θ2],使对于给定的α(0<α<1)满足以上公式,则称随机区间[θ1,θ2]是θ的置信水平为1-α的置信区间,θ1称为置信下限,θ2称为置信上限,概率1-α称为置信水平或置信度,置信区间的意义是它以1-α的概率包含未知参数θ;
当样本容量大于50时,可以通过用样本方差S2估计σ,进行均值的置信区间计算,此时有:
其中 为样本均值,μ为总体均值,S为样本标准差,n为样本容量;对于给定的置信度1-α,有概率:
将前式代入可得:
这样即容易得到 的值,此时便得到μ的置信度为1-α的置信区间,此时若有确定的样本能计算出,便得到置信区间的常数表达形式:
步骤3.在定位阶段,采用路径匹配的方法来计算当前位置的坐标,测量和计算的步骤是:
(1)在直行段,通过方向传感器和加速度传感器测量运动方向和运动速度,并调用地磁传感器,测量10组地磁强度数据;
(2)使用惯性传感器采集方向数据,通过角度是否大幅改变,判断是否转弯;
(3)在转弯点,调用地磁传感器,测量10组地磁强度数据;
(4)根据惯性传感器数据和时间算出每条直行段长度,并将长度绘制成带有方向的向量;
(5)按顺序连接各个向量,获得路径轨迹;
(6)通过轨迹形状,得到若干条可能行走路径;
(7)联合上一步得到的行走路径,通过解算转弯点的地磁数据计算置信度,并采用贝叶斯分类器根据历史路径数据及先验概率,求得若干路径转弯点的概率;
采用贝叶斯分类器求得若干路径转弯点概率的具体方法是:
朴素贝叶斯算法的基本模型是,若事件a1,a2,a3…组成一个完备事件组,即这些事件相互独立,且P(ai)>0,那么对于任一个事件b,有全概率公式:
P(b)=∑iP(ai)P(b|ai) (8)
若P(b)>0,则有:
在测量过程中,先验概率是指获得的历史数据,后验概率是指当前节点位于某个位置的概率,在已知先验概率P(A=a),P(B=b)和P(B=b|A=a)的情况下,计算P(A=a|B=b)的公式为:
在实际定位计算时,某一时间在某一点ε采集到的一组磁场强度数据,则计算ε点与点(i,j)的匹配概率的方法如下:
这里,事件H实际为“训练实例集中某一点是(i,j)”,属性D为训练实例集中三个方向的磁场数据分别与ε点三个方向的磁场数据近似相等;由于磁场数据符合正态分布,在这里两个数据之间近似相等的意思是,ε点某一方向的强度大小与被匹配的点数据的差值小于某置信度ξ,ξ的大小在这里设置为被匹配点对应方向数据的标准差的5%,即ξ=0.05σ;应用贝叶斯分类器分类器公式,可得到:
其中xε、yε、zε分别是在ε点测到的三个方向上的磁场强度,x、y、z分别是训练实例集中的点测量到的三个方向上的磁场强度;由于任意一点三个方向的磁场强度相互独立,使|xε-x|,|yε-y|,|zε-z|相互独立,就有:
P(|xε-x|<ξx,|yε-y|<ξy,|zε-z|<ξz)=
P(|xε-x|<ξx)×P(|yε-y|<ξy)×P(|zε-z|<ξz) (12)
以及:
由此可以得到ε点与点(i,j)的匹配概率,再计算ε点与其他点的匹配概率,得到匹配概率最大的点,即是ε点最可能所在的位置;接着在整个测量区域中,测量在所有节点上测量磁场数据,并且进行平均值滤波,将得到的数据特征按照处理ε点方法进行定位,就得到每个节点的定位结果;
(8)通过比较若干条路径在转弯点的概率值,匹配到最可能的路径,从而获得定位位置。
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