目标空间场的场强度估计方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及场强测量技术领域，尤其涉及一种目标空间场的场强度估计方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.场指某种空间区域，其中具有一定性质的物体能对与之不相接触的类似物体施加一种力。例如，一个有质量的物体由于引力场的作用能对所有其他有质量的物体产生引力。同样，一个带电物体对其他带电物体施加一种力(吸引力或排斥力，取决于电性)。在物理学中，经常要研究某种物理量在空间的分布和变化规律。
3.空间点场特性(即场强度)与点在场源中的位置关系密切相关，通常以场源为中心建立空间坐标，得到函数关系：
4.b＝f(x，y，z；b0，μ)
5.式中，b为场特性；x，y，z为场源空间点的坐标位置；b0为场源特性；μ为影响因子。
6.按照上述公式理论求解空间点的场特性，需要给出详细的场源特征、精确的位置关系以及可能的影响因子，并需要选择合适的公式推导方法及误差处理方法来得到较为准确的场特性估计，这将是非常复杂的过程。


技术实现要素：

7.为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种目标空间场的场强度估计方法、装置及存储介质，实现了空间点场特性估计的目的，大大减小复杂度和工作量。
8.根据本发明实施例的第一方面，提供一种目标空间场的场强度估计方法，所述方法包括：
9.确定目标空间场；
10.确定目标空间场的三维坐标空间，将所述三维坐标空间沿z轴分成mz个x-y坐标层面，并将每个x-y层面再沿y轴划分成my个坐标部分，以得到多个最小单元；
11.获取所述目标空间场中部分空间点的场强度测量值，其中，以固定步进值p
x
、py、pz分别沿x轴方向、y轴方向和z轴方向测量场强度值，共计得到m
x
×my
×mz
组场强度值，每个x-y坐标层面对应m
x
×my
组场强度测量值；
12.确定所述三维坐标空间中目标空间场的场强度与各坐标轴、坐标层面和坐标部分之间的关系函数；
13.在每个划分的最小单元中，将所述部分空间点的场强度测量值拟合成场强度曲线；
14.根据所述场强度曲线，确定所述目标空间场中任意目标空间点对应的场强度估计值。
15.在一个实施例中，优选地，所述关系函数包括：
16.b
xy
(z0)＝f(x，y；z0)
17.b
x
(y0，z0)＝f(x；y0，z0)
18.其中，b
xy
(z0)表示z0坐标层面下场强度与坐标部分和x轴之间的关系；b
x
(y0，z0)表示z0坐标层面和y0坐标部分下场强度和x轴之间的关系。
19.在一个实施例中，优选地，采用最小二乘插值法将所述目标空间场的场强度测量数据拟合成场强度曲线，并逐条保存。
20.在一个实施例中，优选地，根据所述场强度曲线，确定任意目标空间点对应的场强度估计值包括：
21.确定所述任意目标空间点的坐标(x0，y0，z0)；
22.分别计算每个坐标层面下，各个坐标部分中场强度曲线在x＝x0时的第一场强度值
23.根据所述第一场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标部分对应的第一场强度值拟合成曲线并确定y0坐标部分下的第二场强度值
24.根据所述第二场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标层面下的第二场强度值拟合成曲线并确定z0坐标层面下的第三场强度值，所述第三场强度值即为所述场强度估计值。
25.在一个实施例中，优选地，所述目标空间场包括以下任一种：磁场、电场、重力场和电磁场。
26.根据本发明实施例的第二方面，提供一种目标空间场的场强度估计装置，所述装置包括：
27.第一确定模块，确定目标空间场；
28.划分模块，用于确定所述目标空间场的三维坐标空间，将所述三维坐标空间沿z轴分成mz个x-y坐标层面，并将每个x-y层面再沿y轴划分成my个坐标部分，以得到多个最小单元；
29.获取模块，用于获取所述目标空间场中部分空间点的场强度测量值，其中，以固定步进值p
x
、py、pz分别沿x轴方向、y轴方向和z轴方向测量场强度值，共计得到m
x
×my
×mz
组场强度值，每个x-y坐标层面对应m
x
×my
组场强度测量值；
30.处理模块，用于确定所述三维坐标空间中目标空间场的场强度与各坐标轴、坐标层面和坐标部分之间的关系函数；
31.拟合模块，用于在每个划分的最小单元中，将所述部分空间点的场强度测量值拟合成场强度曲线；
32.第二确定模块，用于根据所述场强度曲线，确定所述目标空间场中任意目标空间点对应的场强度估计值。
33.在一个实施例中，优选地，所述关系函数包括：
34.b
xy
(z0)＝f(x，y；z0)
35.b
x
(y0，z0)＝f(x；y0，z0)
36.其中，b
xy
(z0)表示z0坐标层面下场强度与坐标部分和x轴之间的关系；b
x
(y0，z0)表示z0坐标层面和y0坐标部分下场强度和x轴之间的关系。
37.在一个实施例中，优选地，所述第二确定模块包括：
38.确定单元，用于确定所述任意目标空间点的坐标(x0，y0，z0)；
39.计算单元，用于分别计算每个坐标层面下，各个坐标部分中场强度曲线在x＝x0时的第一场强度值
40.第一拟合单元，用于根据所述第一场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标部分对应的第一场强度值拟合成曲线并确定y0坐标部分下的第二场强度值
41.第二拟合单元，用于根据所述第二场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标层面下的第二场强度值拟合成曲线并确定z0坐标层面下的第三场强度值，所述第三场强度值即为所述场强度估计值。
42.根据本发明实施例的第三方面，提供一种目标空间场的场强度估计装置，包括：
43.处理器；
44.用于存储处理器可执行指令的存储器；
45.其中，所述处理器被配置为：
46.确定目标空间场；
47.确定目标空间场的三维坐标空间，将所述三维坐标空间沿z轴分成mz个x-y坐标层面，并将每个x-y层面再沿y轴划分成my个坐标部分，以得到多个最小单元；
48.获取所述目标空间场中部分空间点的场强度测量值，其中，每个x-y坐标层面对应m
x
×my
组场强度测量值；
49.确定所述三维坐标空间中目标空间场的场强度与各坐标轴、坐标层面和坐标部分之间的关系函数；
50.在每个划分的最小单元中，将所述部分空间点的场强度测量值拟合成场强度曲线；
51.根据所述场强度曲线，确定所述目标空间场中任意目标空间点对应的场强度估计值。
52.根据本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如第二方面的实施例中任一项所述方法的步骤。
53.本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
54.本发明实施例中，对于目标空间领域，对空间有限点的场强度进行测量，分别建立场强度与x平面、y平面、z平面的关系公式，通过三个方位曲线的逐步拟合，估计空间任意一点的场强度，从而实现了空间点场强度估计的目的，并大大减小复杂度和工作量。
55.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
56.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
57.图1是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计方法的流程图。
58.图2是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计方法中步骤s105的流程图。
59.图3是根据一示例性实施例示出的不同空间点的空间磁场强度分布示意图。
60.图4是根据一示例性实施例示出的每个坐标层面中磁感应强度分布示意图。
61.图5是根据一示例性实施例示出的磁感应强度分布示意图。
62.图6是根据一示例性实施例示出的所有拟合曲线示意图。
63.图7是根据一示例性实施例示出的x0＝150时不同层面拟合曲线示意图。
64.图8是根据一示例性实施例示出的磁场曲线示意图。
65.图9是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计装置的框图。
66.图10是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计装置中第二确定模块的框图。
具体实施方式
67.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
68.图1是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计方法的流程图。
69.如图1所示，根据本发明实施例的第一方面，提供一种目标空间场的场强度估计方法，所述方法包括：
70.步骤s101，确定目标空间场；
71.步骤s102，确定目标空间场的三维坐标空间，将所述三维坐标空间沿z轴分成mz个x-y坐标层面，并将每个x-y层面再沿y轴划分成my个坐标部分，以得到多个最小单元；在一个实施例中，优选地，所述目标空间场包括以下任一种：磁场、电场、重力场和电磁场。
72.步骤s103，获取所述目标空间场中部分空间点的场强度测量值，其中，以固定步进值p
x
、py、pz分别沿x轴方向、y轴方向和z轴方向测量场强度值，共计得到m
x
×my
×mz
组场强度值，每个x-y坐标层面对应m
x
×my
组场强度测量值；
73.步骤s104，确定所述三维坐标空间中目标空间场的场强度与各坐标轴、坐标层面和坐标部分之间的关系函数；
74.在每个层面中，z轴坐标值是固定的，坐标层面中空间点场的场强度函数为：
75.b
xy
(z0)＝f(x，y；z0)
76.同坐标层面每个坐标部分中，y轴坐标值也是固定的，坐标部分中空间点场强度函数为
77.b
x
(y0，z0)＝f(x；y0，z0)
78.此时，空间点的场强度变化只与x轴坐标值有关。
79.步骤s105，在每个划分的最小单元中，将所述部分空间点的场强度测量值拟合成场强度曲线；
80.在一个实施例中，优选地，采用最小二乘插值法将所述目标空间场的场强度测量数据拟合成场强度曲线，并逐条保存。曲线记录为b
ij
，i＝1，2，3，
…
，mz；j＝1，2，，3，
…
，my，其中，i表示第i个坐标层面，j表示第j个坐标部分。至此，mz个坐标层面my个坐标部分共拟合my×mz
条场强度曲线。
81.据此，可以得到特定层面特定部分中任意x坐标下的场强度值b
x
(ys，zt)，s＝1，2，3，
…
，mz；t＝1，2，3，
…
，my，其中，ys表示特定坐标部分，z
t
表示特定坐标层面。即可以确定某坐标层面某坐标部分中任意一点的场强度值。
82.步骤s106，根据所述场强度曲线，确定任意目标空间点对应的场强度估计值。
83.图2是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计方法中步骤s105的流程图。
84.如图2所示，在一个实施例中，优选地，上述步骤s105包括：
85.步骤s201，确定所述任意目标空间点的坐标(x0，y0，z0)；
86.步骤s202，分别计算每个坐标层面下(固定z轴坐标值)，各个坐标部分中场强度曲线在x＝x0时的第一场强度值
87.步骤s203，根据所述第一场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标部分对应的第一场强度值拟合成曲线并确定y0坐标部分下的第二场强度值在每个坐标层面中，都可以得到坐标为(x0，y0)点的场强度值
88.步骤s204，根据所述第二场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标层面下的第二场强度值拟合成曲线并确定z0坐标层面下的第三场强度值，所述第三场强度值即为所述场强度估计值。
89.下面以实测数据验证本发明上述场强度估计值的准确性。
90.该数据验证仅为一个实际应用的实例，实例用于说明该估计方法。
91.为验证该方法的实用性和有效性，以磁场强度为对象展开试验，在600cm
×
600cm
×
600cm的空间范围内，以步进15cm分别沿x轴方向、y轴方向、z轴方向进行扫描测量，共采集68921组数据。将试验空间进行划分，共41个层面，每个层面又划分为41个部分，每个部分中有41个测量数据。
92.在此磁场空间，要得到任意一点的磁场强度，采用逐层剥离场强估计方法进行场强估计。首先，将试验测量数据进行梳理，将数据排列生成四维矩阵d(xi，yj，z
l
，bm)，i＝1，2，
…
，41；j＝1，2，
…
，41；l＝1，2，
…
，41；m＝1，2，
…
，69821。不同空间点的磁场强度分布如图3所示。
93.按照z轴取值，将四维矩阵进行划分，生成不同z轴取值下的平面，得到z＝zk，k＝1，2，
…
，41下三维矩阵d
zk
(xi，yj，bn)，i＝1，2，
…
，41；j＝1，2，
…
，41；n＝(k-1)
×
1681+1，
…
，k
×
1681。在每个层面中磁感应强度分布示意图如图4所示。
94.继续将x-y层面内地磁场进行划分，按y轴取值，将三维矩阵进行划分，生成不同y轴取值下的区域，得到z＝zk，y＝y
l
，k＝1，2，
…
，41；l＝1，2，
…
，41下二维矩阵，41下二维矩阵在第k个层面第1个部分内，磁感应强度分布示意图如图5所示。
95.如图3-5所示，可以直观看出，空间磁场的分布比较规律，在空间即平面内都可以拟合成规则的曲线，而要得到空间任意一点的磁感应强度，需要拟合出三维空间的任意曲线。
96.根据上面的分析和划分，首先将每个层面每个部分的测量数据拟合成曲线，并将
所有曲线存储。41个层面41个部分，共可得1861条拟合曲线。每条曲线的常数参量和系数参量即维数都存储在矩阵其中，b
kp
为常数参量，u为系数。所有拟合曲线如图6所示。
97.对于空间任意一点a(x0，y0，z0)，有可能不在图6的任何曲线上，要获得该点的磁感强度，首先将x坐标取固定值，在每个层面每个部分拟合的曲线上，取x＝x0，则每个平面中得到41个磁场强度值，记为数列得到41个磁场强度值，记为数列根据所得数列在每个层面中再拟合曲线每条曲线的常数参量和系数参量及位数存储在矩阵其中，为常数参量，为系数参量，v为拟合曲线的维数。其次，将y坐标取固定值，取y＝y0，则每个平面中得到1个磁场强度值，空间中共41个磁场强度值，记为根据该数列在空间中拟合曲线每条曲线的常数参量和系数参量及维数存储在矩阵其中，为常数参量，为系数参量，t为拟合曲线的维数。取z＝z0，得到a点的磁感强度。
98.下面以点a取值(150，150，150)为例，进行直观说明。当x0＝150时，经拟合得到曲线组合，如图7所示。
99.点a一定存在于图7曲线所在的空间平面上，但有可能不在上图的任何一条曲线上。
100.在每条曲线上取y0＝150，拟合得到点a所在的空间磁场曲线上，磁场曲线如图8所示。则点a一定存在图8所示曲线上。继续取z0＝150，得到a点的磁场强度为16697nt，试验测量值为16644nt，磁场强度估计误差为0.31％，可见该方法具有较好的空间磁场强度估计效果。
101.图9是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计装置的框图。
102.如图9所示，根据本发明实施例的第二方面，提供一种目标空间场的场强度估计装置，所述装置包括：
103.第一确定模块90，用于确定目标空间场；
104.划分模块91，用于确定目标空间场的三维坐标空间，将所述三维坐标空间沿z轴分成mz个x-y坐标层面，并将每个x-y层面再沿y轴划分成my个坐标部分，以得到多个最小单元；
105.获取模块92，用于获取所述目标空间场中部分空间点的场强度测量值，其中，每个x-y坐标层面对应m
x
×my
组场强度测量值；
106.处理模块93，用于确定所述三维坐标空间中目标空间场的场强度与各坐标轴、坐标层面和坐标部分之间的关系函数；
107.拟合模块94，用于在每个划分的最小单元中，将所述部分空间点的场强度测量值拟合成场强度曲线；
108.第二确定模块95，用于根据所述场强度曲线，确定所述目标空间场中任意目标空间点对应的场强度估计值。
109.在一个实施例中，优选地，所述关系函数包括：
110.b
xy
(z0)＝f(x，y；z0)
111.b
x
(y0，z0)＝f(x；y0，z0)
112.其中，b
xy
(z0)表示z0坐标层面下场强度与坐标部分和x轴之间的关系；b
x
(y0，z0)表示z0坐标层面和y0坐标部分下场强度和x轴之间的关系。
113.图10是根据一示例性实施例示出的一种目标空间场的场强度估计装置中第二确定模块的框图。
114.如图10所示，在一个实施例中，优选地，所述第二确定模块包括：
115.确定单元1001，用于确定所述任意目标空间点的坐标(x0，y0，z0)；
116.计算单元1002，用于分别计算每个坐标层面下，各个坐标部分中场强度曲线在x＝x0时的第一场强度值
117.第一拟合单元1003，用于根据所述第一场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标部分对应的第一场强度值拟合成曲线并确定y0坐标部分下的第二场强度值
118.第二拟合单元1004，用于根据所述第二场强度值，采用最小二乘插值法将所有坐标层面下的第二场强度值拟合成曲线并确定z0坐标层面下的第三场强度值，所述第三场强度值即为所述场强度估计值。
119.根据本发明实施例的第三方面，提供一种目标空间场的场强度估计装置，包括：
120.处理器；
121.用于存储处理器可执行指令的存储器；
122.其中，所述处理器被配置为：
123.确定目标空间场；
124.确定目标空间场的三维坐标空间，将所述三维坐标空间沿z轴分成mz个x-y坐标层面，并将每个x-y层面再沿y轴划分成my个坐标部分，以得到多个最小单元；
125.获取所述目标空间场中部分空间点的场强度测量值，其中，每个x-y坐标层面对应m
x
×my
组场强度测量值；
126.确定所述三维坐标空间中目标空间场的场强度与各坐标轴、坐标层面和坐标部分之间的关系函数；
127.在每个划分的最小单元中，将所述部分空间点的场强度测量值拟合成场强度曲线；
128.根据所述场强度曲线，确定所述目标空间场中任意目标空间点对应的场强度估计值。
129.根据本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如第二方面的实施例中任一项所述方法的步骤。
130.进一步可以理解的是，本发明实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
131.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的
权利要求指出。
132.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。