具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的系统结构示意图。

本发明实施例系统包括云服务器或智能终端等。

如图1所示，该系统可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的系统结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于磁偶极子场的磁指纹提取程序。

其中，操作系统是管理和控制基于磁偶极子场的磁指纹提取系统与软件资源的程序，支持网络通信模块、用户接口模块、基于磁偶极子场的磁指纹提取程序以及其他程序或软件的运行；网络通信模块用于管理和控制网络接口1002；用户接口模块用于管理和控制用户接口1003。

在图1所示的基于磁偶极子场的磁指纹提取系统中，所述基于磁偶极子场的磁指纹提取系统通过处理器1001调用存储器1005中存储的基于磁偶极子场的磁指纹提取程序，并执行下述基于磁偶极子场的磁指纹提取方法各个实施例中的操作。

基于上述硬件结构，提出本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取方法实施例。

参照图2，图2为本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取方法第一实施例的流程示意图，所述方法包括：

步骤S10，通过预设测量点处的磁传感器获取所述预设测量点处的叠加磁场分量；

本实施例基于磁偶极子场的磁指纹提取方法运用于各大场景的基于磁偶极子场的磁指纹提取系统中，尤其是室内场景的基于磁偶极子场的磁指纹提取系统中，为描述方便，基于磁偶极子场的磁指纹提取系统以磁指纹系统简称。随着城市的不断拓展，大型建筑物的数量也越来越多，人们在室内活动的时间也越来越长，对室内定位、导航的需求也越来越大。在室内定位方法的研究中，基于磁场信号的室内定位方法不用事先安装额外的设备、不受多径效应的影响等，具有较高的研发和商业价值。

基于磁场的室内定位方法包括磁场测量、构建磁指纹地图、匹配定位这三个部分的内容。建筑内部的磁场是由地球固有磁场和建筑物自身的钢筋、混凝土等结构以及金属门框、家具、电器等产生的磁场叠加而成，磁指纹指的是建筑物内部固有磁场的空间分布。通过磁场测量来获取磁指纹是构建磁指纹地图的基础，也是后续匹配定位的关键。

获取磁指纹的常用方法是根据预设路径类型对建筑物内部空间进行区域划分，形成若干个拆分区域；创建每个拆分区域的采集路径，并为采集路径设置相应的采集规则；按每个拆分区域的采集路径与采集规则，对相应拆分区域的磁指纹进行数据采集，对采集到的磁指纹数据进行兼容预处理后生成磁指纹库。通过这种方式可以获得所有网格点的磁场信息，得到对应的磁指纹信息，但这种方法需要事先划分好网格，使得磁指纹采集的工作量较大。

在本实施例中，需要先配置一个磁场发生器，参照图3，磁场发生器包括电源组件和螺线管，其中，螺线管为绕制N圈的圆形线圈，电源组件能为螺线管提供周期性的交流电，例如，可控制电源组件为螺线管提供电流大小为1A量级的正负交替的方波型电流。通过将螺线管与电源组件用导线连接，组成电路回路，若电路回路导通，此时，螺线管在空间各个坐标点处都产生目标磁场。另外，预先确定预设测量点，预设测量点可为采集空间中的任一坐标点或多个坐标点，且预设测量点处放置有磁传感器，用于测量预设测量点处的叠加磁场分量，其中，磁传感器为三轴磁传感器，可测量磁传感器所处位置在三个轴方向上的磁场B_x、B_y、B_z，其中，B_x为预设测量点处叠加磁场在预设坐标系X轴方向上的磁场分量，B_y为预设测量点处叠加磁场在Y轴方向上的磁场分量，B_z为预设测量点处叠加磁场在Z轴方向上的磁场分量。为了得到较高的定位精度，一般采用测量精度较高的磁传感器，如工业级磁通门磁强计。

进一步地，步骤S10包括：

步骤a1，调整预设测量点处的磁传感器的姿态，以使所述磁传感器的三轴方向与预设坐标系的参考方向一致；

在本实施例中，建立预设坐标系，可将螺线管放置于特定水平面上，如屋顶、水平地板等，以螺线管的中心位置点为坐标原点，将该特定水平面设置为X-Y平面，从而建立预设坐标系。其中，X轴和Y轴的方向不作限定，螺线管轴向方向为Z轴，具体的，可以螺线管轴向上方向为Z轴正方向，然后设定X轴的正方向，再通过右手定则确定预设坐标系的Y轴正方向，从而建立预设坐标系，使得该螺线管在需要采集磁指纹的空间中任一坐标点处产生的磁场都是确定的。通过调整预设测量点处的磁传感器的姿态，可使磁传感器的三轴方向与预设坐标系的参考方向一致，具体的，可在预设坐标系中坐标参数已知的位置点处放置一个磁传感器，将磁传感器在三轴方向上所测数据与该位置点对应的坐标参数进行比较，若所测数据分别与该位置点的三个坐标参数一致，则说明磁传感器的三轴方向与预设坐标系的参考方向一致。

步骤a2，控制所述磁传感器进行采集，得到所述预设测量点处的叠加磁场分量。

在本实施例中，当预设测量点处磁传感器的三轴方向与预设坐标系的参考方向一致时，控制磁传感器进行连续采集，磁传感器在三轴方向采集到的磁场数据，即为预设测量点处叠加磁场对应的叠加磁场分量。

步骤S20，根据所述叠加磁场分量，确定所述预设测量点处的背景磁场，以及所述螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场；

在本实施例中，预设测量点处的叠加磁场由螺线管在该预设测量点产生的目标磁场和该预设测量点处的背景磁场叠加组成，因此，磁传感器测得的叠加磁场分量包括螺线管在预设测量点处产生的目标磁场对应的目标磁场分量，以及该预设测量点处背景磁场对应的背景磁场分量。而背景磁场是由地球固有磁场和建筑物自身的钢筋、混凝土等结构，以及金属门框、家具、电器等产生的磁场叠加而成的，当采集空间出现环境变化时，空间中各个位置的背景磁场也不会发生显著变化，因此，可认为各个位置点的背景磁场是基本不变的。由于电源组件提供的交流电呈现周期性变化，即前半个周期和后半个周期的电流大小相等，方向相反，当螺线管通上交流电后，通电螺线管在前半个周期和后半个周期所产生的目标磁场也是大小相等、方向相反的，即在交流电的整数倍周期内，通电螺线管在预设坐标系中任一点处所产生的目标磁场可以相互抵消。因此，可以利用目标磁场的周期特性，根据预设测量点处的叠加磁场，确定预设测量点处的背景磁场，以及螺线管在预设测量点处产生的目标磁场。

进一步地，步骤S20包括：

步骤b1，获取所述交流电的周期，并基于所述周期，确定所述叠加磁场分量的统计周期；

在本实施例中，由于在交流电的整数倍周期内，通电螺线管在预设坐标系中任一点处所产生的目标磁场可以相互抵消，因此可通过交流电的周期，确定该周期的整数倍为统计周期，并在该统计周期内，通过叠加磁场分量确定预设测量点处的背景磁场，以及通电螺线管在预设测量点处产生的目标磁场。

步骤b2，在所述统计周期内，获取所述螺线管通入正向电流时在所述预设测量点处采集到的第一叠加磁场分量，以及通入反向电流时在所述预设测量点处采集到的第二叠加磁场分量；

在本实施例中，若以螺线管通入正向电流时所产生的目标磁场方向为正时，那么，螺线管通入反方向电流时所产生的目标磁场方向为负，因此，螺线管通入正向电流时在预设测量点处采集到的第一叠加磁场分量和螺线管通入反向电流时在预设测量点处采集到的第二叠加磁场分量不相同。

步骤b3，基于所述第一叠加磁场分量和所述第二叠加磁场分量，确定所述预设测量点处的背景磁场，以及所述螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场。

在本实施例中，预设测量点处的叠加磁场由螺线管在该预设测量点产生的目标磁场与该预设测量点处的背景磁场叠加组成，根据第一叠加磁场分量可确定螺线管通入正向电流时预设测量点处的第一叠加磁场，根据第二叠加磁场分量可确定螺线管通入反向电流时预设测量点处的第二叠加磁场，若磁传感器测得的三个轴方向上的磁场分量分别为B_x、B_y、B_z，那么，结合X轴、Y轴、Z轴方向上的单位向量，可确定此时该预设测量点处的叠加磁场为由于预设坐标系中的背景磁场在统计周期内不会发生显著变化，因此，可认为背景磁场是基本不变的。从叠加磁场中消除预设测量点处的背景磁场，可以得到螺线管在预设测量点处产生的目标磁场；同理地，从叠加磁场中消除通电螺线管在预设测量点处的目标磁场，可以得到预设测量点处的背景磁场。因此，可根据螺线管通入正向电流和反向电流时预设测量点处采集到的第一叠加磁场分量和第二叠加磁场分量，计算出预设测量点处的背景磁场，以及螺线管在预设测量点处产生的目标磁场。

步骤S30，根据所述目标磁场，确定所述预设测量点的位置；

在本实施例中，由于通电螺线管在预设坐标系中不同坐标点所产生的目标磁场也不相同，也即，通过确定螺线管在预设测量点处所产生的目标磁场，可以唯一确定预设测量点的位置。

进一步地，步骤S30包括：

步骤c1，获取各所述线圈的中心位置在预设坐标系中的中心坐标，分别确定各所述中心坐标与所述预设坐标系中各个坐标点之间的坐标矢量；

在本实施例中，螺线管由N匝线圈绕制而成，因此，各个线圈的中心位置与螺线管的中心位置在Z轴方向上的位置会不同，即各个线圈在预设坐标系中的中心坐标都不同。在具体实施时，通过将预设坐标系中各个坐标点的坐标与中心坐标作差，得到坐标矢量对应的坐标，从而确定对应的坐标矢量。

步骤c2，根据所述坐标矢量，确定所述螺线管在所述预设坐标系中产生的空间磁场；

在本实施例中，由于通电螺线管在不同距离的坐标点处所产生的目标磁场不同，而根据各个线圈的中心坐标与预设坐标系中各个坐标点对应的坐标矢量，可以确定各个坐标点到线圈中心的距离，因此，可根据坐标矢量，确定各个线圈在各个坐标点处产生的磁场，从而确定螺线管在预设坐标系中产生的空间磁场。

进一步地，步骤c2还包括：

步骤c21，获取所述坐标矢量在所述预设坐标系中的相对位置信息，并基于所述相对位置信息，确定各所述线圈在各所述坐标点处产生的线圈磁场；

在本实施例中，可通过预设的算法模型获取各个坐标矢量在预设坐标系中的相对位置信息，具体的，相对位置信息包括该坐标矢量与Z轴的夹角该坐标矢量所在子午面相对于X轴子午面的转角θ₀、该坐标矢量的长度r等，子午面是指与地球自转轴平行，或包含地球椭球体短轴的平面。例如，螺线管中第i匝线圈的中心坐标为(0,0,Z₀)，预设坐标系中的某一坐标点坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，则由该坐标点指向该中心坐标点的坐标矢量为(X₁，Y₁，Z₁-Z₀)，则该坐标矢量的长度为

确定线圈在各个坐标点处产生的线圈磁场，还需要获取各个线圈的半径，其中，半径为R的理想线圈在预设坐标系下的磁场分量公式如下：

其中，B_x、B_y、B_z分别为理想线圈在预设坐标系X轴、Y轴、Z轴方向上的磁场分量；

μ为磁导率；

I为螺线管中的电流大小；

θ是子午面相对于X轴子午面的转角，范围是[0,2π]；

r为测量点到线圈中心的距离，即坐标矢量的长度；

R为线圈的半径；

为测量点处的天顶角，即坐标矢量与Z轴的夹角；

θ₀为坐标矢量所在子午面相对于X轴子午面的转角。

只要获取线圈的半径以及对应的相对位置信息，就能通过上述方程(1)和(2)分别求出各个线圈在预设坐标系中各个坐标点处的磁场分量，从而得到各个线圈在各个坐标点处产生的线圈磁场。

步骤c22，基于所述线圈磁场，确定所述螺线管在所述预设坐标系中产生的空间磁场；

在本实施例中，通过将各个线圈在各个坐标点处产生的线圈磁场进行叠加运算，可得到螺线管在各个坐标点处所产生的空间磁场，也即得到螺线管在预设坐标系中所有坐标点处产生的空间磁场。

步骤c3，基于所述目标磁场和所述空间磁场，确定所述预设测量点的位置。

在本实施例中，由于通电螺线管在预设坐标系中不同坐标点处所产生的目标磁场不相同，也即，通过确定螺线管在预设测量点处所产生的目标磁场，可以唯一确定预设测量点的位置。

进一步地，步骤c3还包括：

步骤c31，获取所述目标磁场对应的目标磁场分量，以及所述空间磁场在各个坐标点处的空间磁场分量，确定与所述目标磁场分量相同的目标空间磁场分量；

在本实施例中，通过预设测量点处产生的目标磁场对应的目标磁场分量，与各个空间磁场对应的坐标磁场分量进行对比匹配，确定与目标磁场分量相同的空间磁场分量，即目标空间磁场分量。

步骤c32，确定所述目标空间磁场分量对应的坐标点为目标坐标点，确定所述目标坐标点所在的位置为所述预设测量点的位置。

在本实施例中，由于螺线管在预设坐标系待采集磁场的空间中各个坐标点处产生的目标磁场都不相同，也即通过确定通电螺线管在预设测量点处所产生的目标磁场，可以唯一确定预设测量点的位置。因此，通过这种方法可确定预设坐标系待采集磁场的空间中任一坐标点的位置。

步骤S40，根据所述背景磁场和所述位置，确定所述采集空间中的磁指纹。

在本实施例中，采集空间中的磁指纹理论上是由预设坐标系中所有坐标点的位置和各坐标点处的背景磁场组成，但在实际应用中，并不需要对采集空间中所有的坐标点进行采集，只需要按照实际的应用需求，选取目标坐标点作为预设测量点进行测量即可。而且预设坐标系中的各个坐标点都可作为预设测量点，通过磁传感器一次性确定预设测量点处的磁指纹信息是不可能实现的，而采用大量磁传感器进行测量也需要较高的设备成本，因此，为了降低设备成本，可采用一个磁传感器在预设坐标系中对预设测量点进行测量，也可同时利用多个磁传感器进行采集，从而完成预设坐标系中所有预设测量点处的数据采集，得到所有预设测量点处的磁指纹信息，从而确定采集空间中的磁指纹。

本实施例的基于磁偶极子场的磁指纹提取方法，通过预设测量点处的磁传感器获取预设测量点处的叠加磁场分量；根据叠加磁场分量，确定预设测量点处的背景磁场，以及螺线管在预设测量点处产生的目标磁场；根据目标磁场，确定预设测量点的位置；根据背景磁场和位置，得到采集空间中的磁指纹。本发明通过磁偶极子场环境中预设测量点处采集到的磁场数据，确定预设测量点处的背景磁场以及预设测量点的位置，从而得到采集空间的磁指纹，不需要事先划分网格来采集磁指纹，有利于减小磁指纹采集的工作量。

进一步地，基于本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取方法第一实施例，提出本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取方法第二实施例。

基于磁偶极子场的磁指纹提取方法的第二实施例与第一实施例的区别在于，所述基于所述第一叠加磁场分量和所述第二叠加磁场分量，确定所述预设测量点处的背景磁场，以及所述螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场的步骤包括：

步骤d，分别计算所述第一叠加磁场分量和所述第二叠加磁场分量的平均值，得到第一平均叠加分量和第二平均叠加分量；

在本实施例中，当螺线管中通入方波型交流电时，参照图4，图4为本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取方法磁传感器测量的磁场分量示意图，由此可见，磁传感器所测得的磁场数据为预设测量点处在X轴、Y轴、Z轴方向上的磁场分量。由于环境干扰的原因，使得采集到的磁场数据会有波动，也即，在统计周期内螺线管通入正向电流时采集到的第一叠加磁场分量会有差异，同理地，螺线管通入反向电流时采集到的第二叠加磁场分量也会有差异。具体的，计算第一叠加磁场分量对应的第一平均叠加分量，即当螺线管通入正向电流时，分别计算统计周期内预设测量点处的磁传感器所测得的第一叠加磁场分量B_x的平均值、B_y的平均值、B_z的平均值，将三个平均值作为第一叠加磁场分量对应的第一平均叠加分量，用同样的方法可以得到第二平均叠加分量。通过求出第一叠加磁场分量以及第二叠加磁场分量的平均值，得到第一平均叠加分量和第二平均叠加分量，可以使获取到的磁场数据更加平滑，能够有效减小测量误差带来的影响。

步骤e，基于所述第一平均叠加分量、所述第二平均叠加分量和第一预设算法，确定所述预设测量点处的背景磁场；

在本实施例中，预设测量点处的叠加磁场由螺线管在该预设测量点产生的目标磁场与该预设测量点处的背景磁场叠加组成，根据第一平均叠加分量可确定螺线管通入正向电流时预设测量点处的第一平均叠加磁场，根据第二平均叠加分量可确定螺线管通入反向电流时预设测量点处的第二平均叠加磁场。若预设测量点处的背景磁场为螺线管通入正向电流时所产生的平均目标磁场为则螺线管通入反方向电流时所产生的平均目标磁场为那么，螺线管通入正向电流时预设测量点处的第一平均叠加磁场为螺线管通入反向电流时预设测量点处的第二平均叠加磁场为其中，第一预设算法优选为加法运算，对第一平均叠加磁场与第二平均叠加磁场进行加法运算，可以抵消螺线管在预设测量点处产生的目标磁场，得到对应的磁场和为再将该磁场和除以2，即可得到预设测量点处的背景磁场。

步骤f，基于所述第一平均叠加分量、所述第二平均叠加分量和第二预设算法，确定所述螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场。

在本实施例中，若预设测量点处的背景磁场为螺线管通入正向电流时所产生的平均目标磁场为螺线管通入反方向电流时所产生的平均目标磁场为那么，螺线管通入正向电流时预设测量点处的第一平均叠加磁场为螺线管通入反向电流时预设测量点处的第二平均叠加磁场为第二预设算法优选为减法运算，对第一平均叠加磁场与第二平均叠加磁场进行减法运算，可以抵消预设测量点处的背景磁场，得到对应的磁场差为再将该磁场差除以2，即可得到当螺线管中通入正向电流时，螺线管在预设测量点处产生的目标磁场。

本实施例的基于磁偶极子场的磁指纹提取方法，在统计周期内计算螺线管通入正/反向电流时预设测量点处采集到的磁场数据的平均值，再确定预设测量点处的背景磁场和对应的目标磁场，使获取到的磁场数据更加平滑，能够有效减小测量误差带来的影响。

本发明还提供一种基于磁偶极子场的磁指纹提取装置。参照图3，本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取装置包括：

数据获取模块10，用于通过预设测量点处的磁传感器获取所述预设测量点处的叠加磁场分量；

磁场确定模块20，用于根据所述叠加磁场分量，确定所述预设测量点处的背景磁场，以及螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场；

位置确定模块30，用于根据所述目标磁场，确定所述预设测量点的位置；

最终确定模块40，用于根据所述背景磁场和所述位置，确定所述采集空间中的磁指纹。

优选地，所述数据获取模块还用于：

调整预设测量点处的磁传感器的姿态，以使所述磁传感器的三轴方向与预设坐标系的参考方向一致；

控制所述磁传感器进行采集，得到所述预设测量点处的叠加磁场分量。

优选地，所述磁场确定模块还用于：

获取所述交流电的周期，并基于所述周期，确定所述叠加磁场分量的统计周期；

在所述统计周期内，获取所述螺线管通入正向电流时在所述预设测量点处采集到的第一叠加磁场分量，以及通入反向电流时在所述预设测量点处采集到的第二叠加磁场分量；

基于所述第一叠加磁场分量和所述第二叠加磁场分量，确定所述预设测量点处的背景磁场，以及所述螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场。

优选地，所述磁场确定模块还用于：

分别计算所述第一叠加磁场分量和所述第二叠加磁场分量的平均值，得到第一平均叠加分量和第二平均叠加分量；

基于所述第一平均叠加分量、所述第二平均叠加分量和第一预设算法，确定所述预设测量点处的背景磁场；

基于所述第一平均叠加分量、所述第二平均叠加分量和第二预设算法，确定所述螺线管在所述预设测量点处产生的目标磁场。

优选地，所述位置确定模块还用于：

获取各所述线圈的中心位置在预设坐标系中的中心坐标，分别确定各所述中心坐标与所述预设坐标系中各个坐标点之间的坐标矢量；

根据所述坐标矢量，确定所述螺线管在所述预设坐标系中产生的空间磁场；

基于所述目标磁场和所述空间磁场，确定所述预设测量点的位置。

优选地，所述位置确定模块还用于：

获取所述坐标矢量在所述预设坐标系中的相对位置信息，并基于所述相对位置信息，确定各所述线圈在各所述坐标点处产生的线圈磁场；

基于所述线圈磁场，确定所述螺线管在所述预设坐标系中产生的空间磁场。

优选地，所述位置确定模块还用于：

获取所述目标磁场对应的目标磁场分量，以及所述空间磁场在各个坐标点处的空间磁场分量，确定与所述目标磁场分量相同的目标空间磁场分量；

确定所述目标空间磁场分量对应的坐标点为目标坐标点，确定所述目标坐标点所在的位置为所述预设测量点的位置。

本发明还提供一种介质，所述介质优选为计算机可读存储介质，其上存储有基于磁偶极子场的磁指纹提取程序，所述基于磁偶极子场的磁指纹提取程序被处理器执行时实现如上所述的基于磁偶极子场的磁指纹提取方法的步骤。

其中，在所述处理器上运行的基于磁偶极子场的磁指纹提取程序被执行时所实现的方法可参照本发明基于磁偶极子场的磁指纹提取方法各个实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端系统(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络系统等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书与附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。