一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统

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。

权利要求

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；其中，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；

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。

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0和π两类，0相位和π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。

3.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{(x′i，y′i，z′i)}，其中，i＝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。

4.一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；其中，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；

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。

5.根据权利要求4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0和π两类，0相位和π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。

6.根据权利要求4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{(x′i，y′i，z′i)}，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。

说明书

一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及空间磁场定位技术领域，特别是指一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统。

背景技术

[0002] 目前，定位技术主要有全球定位系统(Global Positioning System，GPS)定位技术、射频传感网节点定位技术、惯性导航定位技术及磁场定位技术。GPS和传感网定位均使用不能穿透土壤的高频电磁波，限制了其在地下环境的使用，惯性导航技术存在累积误差，只适合辅助定位。因此基于近场理论的磁场定位技术是进行地下定位的最佳手段。

[0003] 现有针对磁场定位技术的研究中，既有通过检测参考点信标磁场强度来计算自身位置的主动定位技术，也有待定位信号源自身产生磁场被外部传感器检测并定位的被动定位技术。这些定位技术主要被应用在短距离定位的医学领域。而在地表下定位的应用中，待定位信号源与地表检测点的距离达到几十甚至几百米，现有的磁定位技术显然无能为力，也就是，现有的三维定位技术难以在地表下长距离实施。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统，以解决现有技术所存在的三维空间定位技术无法应用于地表下长距离定位的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，包括：

[0006] 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；

[0007] 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；

[0008] 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。

[0009] 可选地，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：

[0010] 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；

[0011] 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；

[0012] 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；

[0013] 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。

[0014] 可选地，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：

[0015] 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。

[0016] 可选地，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：

[0017] 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；

[0018] 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0和π两类，0相位和π相位分别对应磁感应强度幅值的正和负；

[0019] 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；

[0020] 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。

[0021] 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，确定待定位信号源的三维坐标值包括：

[0022] 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′,yi′,zi′)}，其中，i＝1,2,3,4，分别对应四个不同的检测点；

[0023] 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；

[0024] 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；

[0025] 确定所述第二离散点坐标集合的交点坐标集合；

[0026] 确定所述交点坐标集合的重心坐标值。

[0027] 另一方面，本发明实施例还提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，包括：

[0028] 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；

[0029] 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；

[0030] 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。

[0031] 可选地，所述测量单元包括：

[0032] 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；

[0033] 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；

[0034] 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；

[0035] 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。

[0036] 可选地，所述测量单元还包括：

[0037] 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。

[0038] 可选地，所述第一确定模块包括：

[0039] 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；

[0040] 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0和π两类，0相位和π相位分别对应磁感应强度幅值的正和负；

[0041] 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；

[0042] 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。

[0043] 可选地，所述确定单元包括：

[0044] 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{(xi′,yi′,zi′)}，其中，i＝1,2,3,4，分别对应四个不同的检测点；

[0045] 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；

[0046] 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；

[0047] 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；

[0048] 第五确定模块：用于确定所述交点坐标集合的重心坐标值。

[0049] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：

[0050] 上述方案中，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。这样，通过圆形线圈和谐振电容串联构成的串联谐振电路能够增强待定位信号源的 磁场强度，从而能够对处于地下几十米乃至几百米的待定位信号源进行定位。

附图说明

[0051] 图1为本发明实施例一提供的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法流程图；

[0052] 图2为本发明实施例提供的待定位装置的结构示意图；

[0053] 图3为本发明实施例提供的检测装置的结构示意图；

[0054] 图4为本发明实施例提供的4个三轴磁传感器的安装示意图；

[0055] 图5为本发明实施例提供的待定位信号源所在闭合曲面及其坐标变换示意图；

[0056] 图6为本发明实施例提供的根据四个闭合曲面确定交点的示意图；

[0057] 图7为本发明实施例二提供的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的结构示意图；

[0058] 图8为图7中102的详细结构示意图。

具体实施方式

[0059] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

[0060] 本发明针对现有的三维空间定位技术无法应用于地表下长距离定位的问题，提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法及系统。

[0061] 实施例一

[0062] 参看图1所示，本发明实施例提供的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，包括：

[0063] S101：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13和谐振电容14串联构成的串联谐振电路；

[0064] S102：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；

[0065] S103：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。

[0066] 本发明实施例所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法，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13和谐振电容14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3的三维坐标值。这样，通过圆形线圈13和谐振电容14串联构成的串联谐振电路能够增强待定位信号源3的磁场强度，从而能够对处于地下几十米乃至几百米的待定位信号源3进行定位。

[0067] 参看图2所示，本发明实施例中，例如，在地表下可以安装待定位装置1(所述待定位装置不仅仅可以安装在地表下，也可以安装于地表上)，所述待定位装置由谐振线圈和发射电路构成，通过所述发射电路产生与所述谐振线圈谐振频率一致的信标信号，使得在待定位信号源3近场范围产生交变磁场信号，其中，所述发射电路可以由信号发生电路11和功率放大电路12构成；所述谐振线圈为圆形线圈13和谐振电容14串联构成的串联谐振电路。

[0068] 在前述基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，所述测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标包括：

[0069] 通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器21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；

[0070] 通过带通滤波电路23滤除所述三路电动势信号频谱之外的噪声信号；

[0071] 根据A/D转换器25采样值的大小，将所述带通滤波电路23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；

[0072] 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。

[0073] 参看图3所示，本发明实施例中，例如，可以在地表上通过检测装置2去检测所述交变磁场信号，所述检测装置包括：三轴磁传感器21、带通滤波电路23、程控放大电路24、A\D转换器25、FPGA26及上位机27。具体的，参看图4所示，待定位信号源3位于地表下，首先，在地表上选取4个不同位置作为检测点，并在每个检测点上分别设置一个三轴磁传感器21(P1、P2、 P3及P4)用来通过感应所述交变磁场信号来产生电动势信号，所述电动势信号经过带通滤波电路23，程控放大电路24，A\D转换器25的处理后，通过FPGA26确定所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标，并将所述磁感应强度的矢量坐标发送给上位机27，通过所述上位机27对4个检测点的磁感应强度的矢量坐标进行处理，确定待定位信号源3的三维坐标值。放置所述三轴磁传感器21时，四个三轴磁传感器21的三个轴应分别保持平行，例如，以P1中心为原点建立直角坐标系x-y-z，调整P2、P3、P4的位置，使得三轴磁传感器21的三个轴分别于x轴、y轴、z轴平行，4个三轴磁传感器21的相对摆放位置没有特殊要求。

[0074] 本发明实施例中，例如，以其中一个检测点为例，详细说明该检测点测量所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标的步骤，所述三轴磁传感器21由三个感应线圈构成，三个感应线圈的三轴即为三轴磁传感器21的三个轴，所述三个感应线圈相互垂直放置，用于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。

[0075] 本发明实施例中，例如，所述带通滤波电路23可以是三通道的八阶带通滤波电路，分别用来滤除三路输入信号(所述三路电动势信号)频谱之外的噪声信号，从而减小所述三路电动势信号中的噪声信号，能够提高待定位信号源3的定位精度。

[0076] 本发明实施例中，例如，根据A/D转换器采样值的大小，可以通过所述程控放大电路24用来将带通滤波电路23输出的微弱的所述三路电动势信号放大到合适的三路模拟电压值，并将所述三路模拟电压值提供给所述A/D转换器，由所述A/D转换器将所述三路模拟电压值转化为三路数字电压信号，其中，所述程控放大电路24的输入端与所述带通滤波电路23的输出端相连，所述程控放大电路24的输出端与所述A/D转换器的输入端相连，所述程控放大电路24的控制端与所述FPGA26相连，所述FPGA26能够根据所述A/D转换器采样值的大小来动态控制所述程控放大器的放大倍数。

[0077] 本发明实施例中，例如，可以通过所述FPGA26将所述A/D转换器输出的三路数字电压信号确定为所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标，并将 该检测到的矢量坐标发送给所述上位机27。以同样的方法测量其他三个检测点的所述交变磁场信号的磁感应强度的矢量坐标。

[0078] 在前述基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，所述通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器21将所述交变磁场信号转化为三路电动势信号之后包括：

[0079] 通过阻抗匹配电路22使所述三轴磁传感器21的输出阻抗与所述带通滤波电路23的输入阻抗达到匹配。

[0080] 参看图2所示，本发明实施例中，所述检测装置还包括阻抗匹配电路22，通过所述阻抗匹配电路22使所述三轴磁传感器21中的三个感应线圈的输出阻抗与所述带通滤波电路23的输入阻抗达到匹配，从而使得三个感应线圈感应到的所述交变磁场的能量能以最大效率传输到所述带通滤波电路23中。

[0081] 在前述基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：

[0082] 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；

[0083] 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0和π两类，0相位和π相位分别对应磁感应强度幅值的正和负；

[0084] 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；

[0085] 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。

[0086] 本发明实施例中，例如，以其中一个检测点为例，详细说明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的步骤，首先，根据所述三路数字电压信号确定所述三路数字电压信号的幅值，其次根据预设的电路参数及法拉第电磁感应定律，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；其次，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0和π两类，0相位和π相位分别对应磁感应强度幅值的正和负，从而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，并将所 述三路数字电压信号分别对应的磁感应强度的幅值作为x、y、z轴的坐标数值，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，并将所述磁感应强度的矢量坐标发送给上位机27。

[0087] 在前述基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{(xi′,yi′,zi′)}，其中，i＝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, )产生的磁感应强度B可以分解为Br、Bθ及 三个分量，当r远大于待定位信号源3的半径a时，Br、Bθ及 可表示为式(1)：

[0094]

[0095] 则P点磁感应强度B的大小可由式(2)得出：

[0096]

[0097] 进一步，将式(2)可以化为式(3)：

[0098]

[0099] 以待定位信号源3自身中点作为原点建立新的直角坐标系和球坐标系，并使新的坐标系的zi′轴与磁感应强度B的方向一致，新的 始终等于原坐标系的  则待定位信号源3在新的球坐标系中的坐标(r’,θ‘, )可由式(4)计算，其中β为磁感应强度B与Bθ的夹角，tanβ由式(5)计算：

[0100]

[0101]

[0102] 将式(1)代入式(5)中，可以得到式(6)：

[0103] tanβ＝2cotθ        (6)

[0104] 所以β由式(7)计算：

[0105] β＝arctan(2cotθ)         (7)

[0106] 将式(7)代入式(4)可得球坐标由式(8)计算：

[0107]

[0108] 将式(8)的球坐标转化为直角坐标由式(9)计算：

[0109]

[0110] 通过式(8)及式(9)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{(xi′,yi′,zi′)}，其中，i＝1,2,3,4，分别对应四个不同的检测点，所述闭合曲 面即待定位信号源3所在的曲面。

[0111] 参看图5所示，本发明实施例中，例如，可以将三轴磁传感器21P1的所在位置作为原点，该三轴磁传感器21P1的三个轴的方向作为坐标轴建立全局直角坐标系x-y-z，并确定出其它三个三轴磁传感器21：P2、P3及P4在此全局直角坐标系的坐标值，然后将四个离散点坐标集合{(xi′,yi′,zi′)}(i＝1,2,3,4)的坐标经过空间坐标旋转，变换到三轴磁传感器21的三个轴所在坐标系xi-yi-zi中，得到离散点坐标集合{(xxi,yyi,zzi)}，i＝1,2,3,4，再将离散点集{(xxi,yyi,zzi)}，i＝1,2,3,4，的坐标经过空间坐标平移，变换到以P1中心为原点建立的全局直角坐标系x-y-z中，得到待定位信号源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。

[0112] 本发明实施例中，例如，可以通过距离算法确定四个闭合曲面的离散点坐标集合{(x1,y1,z1)}、{(x2,y2,z2)}、{(x3,y3,z3)}、{(x4,y4,z4)}的交点坐标集合C，并确定所述交点坐标集合C的重心，该重心即为待定位信号源3的三维坐标值。

[0113] 参看图6所示，本发明实施例中，为了方便叙述，以下提到的闭合曲面均表示该闭合曲面的离散坐标集合，所述确定所述交点坐标集合C的重心的具体步骤包括：首先，设定欧式距离阈值为ε，当闭合曲面1上的某一点A与闭合曲面2上的某一点B的欧式距离小于ε时，则判定A和B均为闭合曲面1和闭合曲面2的交点；其次，比较闭合曲面1上的每个点与闭合曲面2上的所有点的欧式距离，确定闭合曲面1与闭合曲面2的交点坐标集合C1；再比较交点坐标集合C1上的每个点与闭合曲面3上的所有点的欧式距离，确定交点坐标集合C1与闭合曲面3的交点坐标集合C2，如交点1及交点2，其中，所述交点1及交点2都是离散点坐标集合，不是单一的点；继续比较交点坐标集合C2上的每个点与闭合曲面4上的所有点的欧式距离，确定交点坐标集合C2与闭合曲面4的交点坐标集合C3，如交点2，其中，所述交点2是离散点坐标集合，不是单一的点。根据所述交点坐标集合C3，确定该交点坐标集合C3的重心坐标，该重心坐标即为待定位信号源3中心的三维坐标值。

[0114] 实施例二

[0115] 本发明还提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的具体实施方式，由于本发明提供的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统与前述基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法的具体实施方式相对应，该基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述基于三轴磁传感器的三维磁场定位方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。

[0116] 参看图5所示，本发明实施例还提供一种基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，包括：

[0117] 产生单元101：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13和谐振电容14串联构成的串联谐振电路；

[0118] 测量单元102：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；

[0119] 确定单元103：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3的三维坐标值。

[0120] 本发明实施例所述的基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统，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13和谐振电容14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3的三维坐标值。这样，通过圆形线圈13和谐振电容14串联构成的串联谐振电路能够增强待定位信号源3的磁场强度，从而能够对处于地下几十米乃至几百米的待定位信号源3进行定位。

[0121] 在前述基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的具体实施方式中，可选地，所述测量单元102包括：

[0122] 感应模块1021：用于通过三个轴相互垂直的三轴磁传感器21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；

[0123] 滤除模块1022：用于通过带通滤波电路23滤除所述三路电动势信号频谱之外的噪声信号；

[0124] 转换模块1023：用于根据A/D转换器采样值的大小，将所述带通滤波电路23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；

[0125] 第一确定模块1024：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。

[0126] 在前述基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的具体实施方式中，可选地，所述测量单元还包括：

[0127] 匹配模块：用于通过阻抗匹配电路使所述三轴磁传感器21的输出阻抗与所述带通滤波电路23的输入阻抗达到匹配。

[0128] 在前述基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的具体实施方式中，可选地，所述第一确定模块包括：

[0129] 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；

[0130] 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0和π两类，0相位和π相位分别对应磁感应强度幅值的正和负；

[0131] 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；

[0132] 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。

[0133] 在前述基于三轴磁传感器的三维磁场定位系统的具体实施方式中，可选地，所述确定单元包括：

[0134] 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3所在闭合曲面的第一离散点坐标集合{(xi′,yi′,zi′)}，其中，i＝1,2,3,4，分别对应四个不同的检测点；

[0135] 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21的三个轴的方向为坐标轴建立全局直角坐标系；

[0136] 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；

[0137] 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；

[0138] 第五确定模块：用于确定所述交点坐标集合的重心坐标值。

[0139] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。