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全球导航卫星系统(GNSS)是最常用的导航与定位的手段,比较为人熟知的有美国GPS系统以及中国的北斗卫星定位系统。目前这种技术在商用、民用和军用领域已经十分成熟,并且定位精度都能够满足大部分需求。然而随着人们对定位的要求越来越高,需要定位的场所也越来越苛刻,比如地下、洞穴、水下和室内等等区域,单纯依赖卫星导航系统并不能为提供精确的定位服务。在这种需求背景下,由于低频磁场的高穿透性和抗干扰能力,基于低频磁信标的定位技术应运而生,本文围绕基于低频磁信标的智能定位算法开展研究,为基于低频磁场的定位技术的实际应用提供技术支撑。
本文首先研究了国内外研究现状,基于低频磁场的定位方法已经引起国内外工程师和科学家的重视,并在实验室中逐步构建基于人造磁场或地磁场的定位技术,同时随着人工智能的发展,智能算法的领域同样取得了诸多研究成果。在此基础上,首先论述了磁信标定位技术的物理学基础,研究了毕奥萨法尔定律和法拉第电磁感应定律,并建立了基于人工磁场的磁信标系统模型,为后续的研究奠定理论基础。
然后研究了基于解析法的磁信标定位技术,分析了解析法定位原理,建立了磁信标的数学模型,给出了磁场强度的提取方法,并利用搭建的实际磁信标系统进行了路上测试和水下测试,并通过更改工作介质分析了不同介质对于磁信标定位精度的影响,结合理论分析和实际测试结果,分析了解析法定位方法的优缺点。
之后研究了基于萤火从算法的磁信标定位技术。利用萤火虫算法对建立好的磁场模型进行分析,从而在模型中求出目标点位置的技术,分析了萤火虫算法的定位原理,给出了基于萤火虫算法的磁信标定位算法,并通过仿真试验分析了本文提出的定位算法的平均定位误差、运行时间以及定位结果的稳定性等性能,为实际工程应用提供解决思路。
最后研究了磁信标的单锚定位算法,首该方法基于复镜像原理建立了系统电压模型,可以不依赖于传感器的姿态就可以实现定位。分析了磁信标单锚定位的物理特性,建立了系统电压模型,给出了基于近似处理电压模型的定位方法,和基于电压模型的定位方法,最后分析比较了解析法、萤火虫算法和磁信标单锚定位方法的性能特点。
本文首先研究了国内外研究现状,基于低频磁场的定位方法已经引起国内外工程师和科学家的重视,并在实验室中逐步构建基于人造磁场或地磁场的定位技术,同时随着人工智能的发展,智能算法的领域同样取得了诸多研究成果。在此基础上,首先论述了磁信标定位技术的物理学基础,研究了毕奥萨法尔定律和法拉第电磁感应定律,并建立了基于人工磁场的磁信标系统模型,为后续的研究奠定理论基础。
然后研究了基于解析法的磁信标定位技术,分析了解析法定位原理,建立了磁信标的数学模型,给出了磁场强度的提取方法,并利用搭建的实际磁信标系统进行了路上测试和水下测试,并通过更改工作介质分析了不同介质对于磁信标定位精度的影响,结合理论分析和实际测试结果,分析了解析法定位方法的优缺点。
之后研究了基于萤火从算法的磁信标定位技术。利用萤火虫算法对建立好的磁场模型进行分析,从而在模型中求出目标点位置的技术,分析了萤火虫算法的定位原理,给出了基于萤火虫算法的磁信标定位算法,并通过仿真试验分析了本文提出的定位算法的平均定位误差、运行时间以及定位结果的稳定性等性能,为实际工程应用提供解决思路。
最后研究了磁信标的单锚定位算法,首该方法基于复镜像原理建立了系统电压模型,可以不依赖于传感器的姿态就可以实现定位。分析了磁信标单锚定位的物理特性,建立了系统电压模型,给出了基于近似处理电压模型的定位方法,和基于电压模型的定位方法,最后分析比较了解析法、萤火虫算法和磁信标单锚定位方法的性能特点。