于三轴磁传感器的三维磁场定位方法的【具体实施方式】中，可选地，所述 根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信号源3的三维坐 标值包括：
[0088] 根据4个检测点的所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信号 源3所在闭合曲面的第一离散点坐标集合Kx i'，yi'，Zi' )}，其中，1 = 1，2,3,4，分别 对应四个不同的检测点；
[0089] 以其中一个检测点的中心为原点，位于该检测点的三轴磁传感器21的三个轴的 方向为坐标轴建立全局直角坐标系；
[0090] 将所述第一离散点坐标集合的坐标经过坐标旋转及坐标平移变换到所述全局直 角坐标系中，确定待定位信号源3所在闭合曲面的第二离散点坐标集合{( Xi，yi，Zi) }，其 中，i = 1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点；
[0091] 确定所述第二离散点坐标集合的交点坐标集合；
[0092] 确定所述交点坐标集合的重心坐标值。
[0093] 本发明实施例中，将测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标通过 FPGA26传输至所述上位机27,通过所述上位机27确定待定位信号源3的三维坐标值。为 了确定待定位信号源3的三维坐标值，首先介绍一下磁感应强度的相关知识，例如，待定位 信号源3在空间任意一点P(r, θ，φ)产生的磁感应强度B可以分解为Br、B0及Βφ三个分 量，当r远大于待定位信号源3的半径a时，B0及Βφ可表示为式（1):
[0094]
【主权项】
1. 一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，其特征在于，包括： 通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形线圈和谐振电容串 联构成的串联谐振电路； 对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标； 根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信号源的三维 坐标值。
2. 根据权利要求1所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，其特征在于，所述 测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标包括： 通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器将所述交变磁场信号的三个相互垂直方向上信 号分量感应成三路电动势信号； 通过带通滤波电路滤除所述三路电动势信号频谱之外的噪声信号； 根据A/D转换器采样值的大小，将所述带通滤波电路输出的所述三路电动势信号放大 到合适的三路模拟电压信号并转化为三路数字电压信号； 根据所述三路数字电压信号，确定所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标。
3. 根据权利要求2所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，其特征在于，所述 通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器将所述交变磁场信号转化为三路电动势信号之后包 括： 通过阻抗匹配电路使所述三轴磁传感器的输出阻抗与所述带通滤波电路的输入阻抗 达到匹配。
4. 根据权利要求2所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，其特征在于，所述 根据所述三路数字电压信号，确定所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标包括： 确定所述三路数字电压信号的幅值分别对应的磁感应强度的幅值； 对所述三路数字电压信号的相位进行分析，将所述相位归为〇和两类，〇相位和 相位分别对应磁感应强度幅值的正和负； 根据分析结果，确定所述三路数字电压信号分别对应的磁感应强度的幅值的正负； 根据磁感应强度的幅值及幅值的正负，确定所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐 标。
5. 根据权利要求1所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，其特征在于，所述 根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信号源的三维坐标 值包括： 根据4个检测点的所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标，确定待定位信号源所 在闭合曲面的第一离散点坐标集合{(Xi'，y/，Zi' )}，其中，1 = 1，2,3,4，分别对应四 个不同的检测点； 以其中一个检测点的中心为原点，位于该检测点的三轴磁传感器的三个轴的方向为坐 标轴建立全局直角坐标系； 将所述第一离散点坐标集合的坐标经过坐标旋转及坐标平移变换到所述全局直角坐 标系中，确定待定位信号源所在闭合曲面的第二离散点坐标集合{(Xi，yi，Zi)}，其中，i = 1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点； 确定所述第二离散点坐标集合的交点坐标集合； 确定所述交点坐标集合的重心坐标值。
6. -种基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，其特征在于，包括： 产生单元：通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形线圈和 谐振电容串联构成的串联谐振电路； 测量单元：用于对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变磁场信号的磁感应强度 的矢量坐标； 确定单元：用于根据测量的4个不同检测点的所述磁感应强度的矢量坐标，确定待定 位信号源的三维坐标值。
7. 根据权利要求6所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，其特征在于，所述 测量单元包括： 感应模块：用于通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器将所述交变磁场信号的三个相互 垂直方向上信号分量感应成三路电动势信号； 滤除模块：用于通过带通滤波电路滤除所述三路电动势信号频谱之外的噪声信号； 转换模块：用于根据A/D转换器采样值的大小，将所述带通滤波电路输出的所述三路 电动势信号放大到合适的三路模拟电压信号并转化为三路数字电压信号； 第一确定模块：用于根据所述三路数字电压信号，确定所述交变磁场信号的磁感应强 度的矢量坐标。
8. 根据权利要求7所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，其特征在于，所述 测量单元还包括： 匹配模块：用于通过阻抗匹配电路使所述三轴磁传感器的输出阻抗与所述带通滤波电 路的输入阻抗达到匹配。
9. 根据权利要求7所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，其特征在于，所述 第一确定模块包括： 第一确定子模块：用于确定所述三路数字电压信号的幅值分别对应的磁感应强度的幅 值； 分析子模块：用于对所述三路数字电压信号的相位进行分析，将所述相位归为〇和 两类，〇相位和相位分别对应磁感应强度幅值的正和负； 第二确定子模块：用于根据分析结果，确定所述三路数字电压信号分别对应的磁感应 强度的幅值的正负； 第三确定子模块：用于根据磁感应强度的幅值及幅值的正负，确定所述交变磁场信号 的磁感应强度的矢量坐标。
10. 根据权利要求6所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，其特征在于，所述 确定单元包括： 第二确定模块：用于根据4个检测点的所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标， 确定待定位信号源所在闭合曲面的第一离散点坐标集合Kx/，y/，Zi' )}，其中，i = 1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点； 建立模块：用于以其中一个检测点的中心为原点，位于该检测点的三轴磁传感器的三 个轴的方向为坐标轴建立全局直角坐标系； 第三确定模块：用于将所述第一离散点坐标集合的坐标经过坐标旋转及坐标平移 变换到所述全局直角坐标系中，确定待定位信号源所在闭合曲面的第二离散点坐标集合 {(Xi，yi，Zi)}，其中，i = 1，2, 3, 4,分别对应四个不同的检测点； 第四确定模块：用于确定所述第二离散点坐标集合的交点坐标集合； 第五确定模块：用于确定所述交点坐标集合的重心坐标值。
【专利摘要】本发明提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统，能够对处于地表下长距离的待定位信号源进行定位。所述方法包括：通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形线圈和谐振电容串联构成的串联谐振电路；对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标；确定待定位信号源的三维坐标值。所述系统包括：产生单元，通过发射电路与谐振线圈产生交变磁场信号，所述谐振线圈为圆形线圈和谐振电容串联构成的串联谐振电路；测量单元，用于对地表上的4个不同检测点分别测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标；确定单元，用于确定待定位信号源的三维坐标值。本发明适用于空间磁场定位技术领域。
【IPC分类】G01V3-10, G01R33-02
【公开号】CN104597508
【申请号】CN201410751347
【发明人】张晓彤, 黄琪玮, 马静, 徐金梧
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月9日