CN116075690A

CN116075690A - 生成地磁地图

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Publication number: CN116075690A
Application number: CN202180055411.9A
Authority: CN
Inventors: A·图托夫; M·穆希纳; S·伊尔尼茨卡
Original assignee: Astor Navigation Co
Current assignee: Astor Navigation Co
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2023-05-05
Also published as: WO2021257713A1; CA3181086A1; US11725946B2; MX2022016448A; CA3181094A1; JP2023530884A; CN116134293A; US20220404151A1; US11428532B2; EP4168739A2; JP2023530882A; US20210396542A1; KR20230042003A; WO2022039823A2; US20220026217A1; EP4168737A1; AU2021292209A1; US20220026235A1; IL298797A; AU2021327945A1

Abstract

在一个实施例中，一种方法包括在标测服务器处从多个区域服务器接收多个区域磁数据集；在标测服务器处，利用区域磁数据集中的一个或多个更新地磁地图，其中，地磁地图包括地理区域中的一个或多个地理区域；以及将更新的地磁地图的一个或多个部分从标测服务器传送到一个或多个区域服务器，以作为地磁地图信息分发给磁导航设备中的一个或多个以用于定位或导航。

Description

生成地磁地图

技术领域

本公开总体上涉及磁标测和导航。

背景技术

导航系统具有用于不同应用(包括个人、商业和军事)的各种不同架构。许多此类系统在全球导航卫星系统(GNSS)的前提下操作。GNSS是用于描述可用于产生位置、导航和时间(PNT)数据集的卫星网络的通用术语。全球定位系统(GPS)是GNSS的广泛使用形式。这种系统的区域应用还用于生成更多区域特定的PNT数据。例如，Galileo可以在欧洲使用；GLONASS可在俄罗斯使用；而北斗卫星导航系统(BDS)也可以在中国使用。

GNSS可以具有故障点。例如，一些GNSS在建筑物内或在与设备的网络通信间歇的区(area)中操作时失去可靠性。当在大型建筑物干扰通信信号的密集城市环境中操作时，一些GNSS失去可靠性。当在阻碍定位设备从GNSS卫星接收信号的诸如洞穴、隧道和山脉的区中操作时，一些GNSS失去可靠性。此外，一些GNSS易受电子干扰或物理干预的恶意攻击，从而降低其可靠性。

附图说明

图1A示出了示例磁导航系统。

图1B示出了示例磁导航设备。

图2是用于示例磁导航系统的示例序列图。

图3示出了用于生成示例磁标测数据的示例方法。

图4A是示例区域(region)中的各种示例磁简档(profile)的示例时间叠加。

图4B和图4C示出了例如传感器的示例量化轨迹数据与标测数据之间的示例比较。

图4D-图4I示出了针对改进的功能的相似性进行比较的示例轨迹数据。

图5示出了随时间的示例性磁测量信息。

图6示出了示例磁场强度和位置数据。

图7示出了示例磁场强度和位置信息的示例区域重叠数据集。

图8示出了示例数据传输场景。

图9示出了用于更新示例地磁地图信息的示例过程。

图10示出了用于与示例磁导航系统通信的示例过程。

图11示出了用于基于可用的定位信息或网络连接性将示例磁测量信息发送到示例磁导航系统的示例过程。

图12示出了用于将示例磁测量信息发送到示例磁导航系统的示例方法。

图13示出了用于基于可用定位和网络连接性进行导航的示例方法。

图14A-图14D示出了用于改进的室内定位的示例磁数据。

图15示出了在多天内在示例路线上收集的示例重复可靠磁标测数据。

图16示出了示例计算机系统。

具体实施方式

在特定实施例中，磁测量用于基于地磁地图(geomagnetic map)信息执行定位或导航。在特定实施例中，仅基于磁测量来执行定位或标测(mapping)。在特定实施例中，基于磁测量和附加定位信息的组合来执行定位或标测，附加定位信息包括(但不限于)GNSS数据或由惯性测量单元进行的测量。在特定实施例中，利用由磁导航设备进行的磁测量来创建并连续更新地磁地图信息。以这种方式，可以在磁导航系统内获得响应于环境变化而更新的准确地磁地图。

GNSS可以在各种应用中有效地提供导航数据，包括地图和导航方向。然而，GNSS并非没有故障，并且当用于执行定位的信号中存在干扰(例如，诸如建筑物或其他地理地形的局部异常)时易受可靠性问题的影响。此外，基于GNSS的导航系统可能易受恶意行为者的攻击，这些攻击可能导致功能完全丧失或导致虚假的定位结果。

当GNSS的可靠性成为问题时，导航数据通常由诸如惯性导航系统(INS)的一组辅助仪器获得。INS使用机械或机电系统的组合来计算移动物体的位置、定向和速度。例如，一些系统可使用计算机系统、运动传感器及旋转传感器来通过航位推算计算导航设备的位置、定向及速度。这可以在不使用诸如GNSS的外部参考的情况下完成。然而，惯性系统累积导航误差，如果不使用准确的位置数据周期性地校正，则可能导致不正确的数据。

地球的地磁场(GMF)可用于确定位置。地球的GMF是局部唯一的，并且可以取决于许多因素，包括磁异常、人工电磁场或季节性或昼夜变化。使用局部GMF信息来执行定位或导航的障碍是通常缺乏高分辨率GMF地图的可用性。事实上，基于GMF的当前现有地图通常仅能够提供所谓的2弧分分辨率。这等同于具有大约3.6km分辨率的测量，这可能难以用于精确定位和导航目的，特别是在诸如城市环境的短距离中。因此，特定实施例中的磁导航系统可以利用经由各种不同磁导航设备获得的测量来构建具有足够分辨率的地磁地图，以提供具有足够准确度的定位，从而增强可以单独使用GNSS以及使用GNSS与其他感测模态(包括(但不限于)惯性测量单元)组合来执行的定位或导航。

现在转到附图，示出了在特定实施例中利用磁地图数据结合GNSS数据来执行定位或导航的导航系统和方法。在特定实施例中，使用磁测量以结合来自GNSS的定位信息从磁地图获得定位信息可以增加导航系统的可靠性或提供附加功能，包括(但不限于)可靠的室内导航或在导航设备可能至少部分地被GNSS卫星遮挡的环境(例如密集城市环境)中的可靠导航。在特定实施例中，导航系统利用主标测服务器，该主标测服务器被设计为维护地球的至少一部分的当前地磁地图，其中地磁地图可以包括来自当前地理磁场(GMF)的信息以及从磁导航设备获得的更新信息。在特定实施例中，导航系统还可以包含区域数据服务器(在本文中也可互换地称为区域磁数据服务、区域标测服务器、区域导航服务器、区域服务器)，其与主标测服务器通信并提供基于由磁导航设备进行的测量收集的磁标测数据。在特定实施例中，由区域标测服务器提供的磁标测数据可以是补丁数据集(patch data set)的形式。转发的特定数据很大程度上取决于磁导航设备的磁测量能力、由区域服务器执行的处理或特定导航应用的要求。在某些实施例中，主导航或标测服务器可以利用从区域导航服务器接收的数据来创建磁地图(包括各种磁和其他数据层)，更新现有地磁地图并基于接收的数据(例如磁导航设备测量数据或从磁导航设备测量数据导出的数据，包括(但不限于)地磁地图补丁数据集)细化地磁地图。在特定实施例中，区域服务器从位于特定区域内的个体磁导航设备接收数据。

在特定实施例中，来自设备的数据集可以携带各种信息，包括(但不限于)区域内的信息和局部磁异常数据。区域数据服务器可以处理从磁导航设备接收的数据，以连续地更新和细化局部地磁地图数据或地磁地图补丁数据集。在特定实施例中，区域服务器可以基于包括(但不限于)所使用的硬件的可靠性和准确性以及由磁导航设备报告的定位(GNSS)数据的因素对从磁导航设备接收的每个数据集应用加权。在特定实施例中，区域数据服务器可以基于在一段时间内从磁导航设备接收的数据来生成更新的地磁地图补丁数据集(或补丁数据集)。在某些实施例中，可以基于与类似概率数据的比较来生成更新的补丁数据集，从而提供改进和细化的数据集以更新磁导航系统使用的全球地磁地图数据(global geomagnetic map data)。地磁地图的具体方式或确定地磁地图应当被更新的方式的服务器在很大程度上取决于具体导航应用的要求。

在特定实施例中，导航系统可以连续地生成更新的地磁标测数据，以供磁导航设备用于执行定位或导航。这样的系统可以基于相对稳定的GMF提供可靠的地磁标测数据以及基于由个体导航设备获得的磁测量的数据的改进的分辨率。以这种方式，与仅依赖于GNSS的传统导航系统相比，特定实施例中的导航系统可以提供可靠的地磁地图信息，并且可以利用该信息来提供更可靠的定位和标测服务。此外，随着越来越多的磁导航设备获得场测量值并将新信息发送到系统的服务器，可以用越来越准确的信息定期更新地磁地图。

下面进一步讨论磁导航系统、基于使用地磁地图的磁测量来执行定位或导航的方法以及特定实施例中的磁导航设备。图1A示出了示例磁导航系统，其中磁导航设备利用地磁地图信息来执行定位或导航，其中基于由磁导航设备进行的磁测量来更新地磁地图信息。在特定实施例中，磁导航系统100可以在一个或多个地理区域(102-108)内提供位置或导航服务。在任何给定时间，在每个区域(102-108)内可以存在各种磁导航设备(110)。磁导航设备110的示例可以包括(但不限于)移动电话、车辆导航系统、UAV导航系统或能够接收地磁地图信息、捕获磁测量或基于磁测量发送信息的任何其他设备。磁导航设备的特性仅受特定应用的要求的限制。

许多磁导航设备能够经由蜂窝数据或卫星数据通信网络与包括(但不限于)磁导航系统内的服务器的各种服务器通信。虽然下面的大部分讨论引用了具有网络连接性并从远程服务器检索数据的磁导航设备，但是在特定实施例中，磁导航设备将地磁地图信息或渲染UI所需的附加地图信息存储在磁导航设备上的存储器中，并且能够在没有网络连接性的情况下执行定位或导航。在网络连接性可用的情况下，特定实施例中的磁导航设备可以经由网络连接接收包括(但不限于)地磁地图信息、UI地图信息(例如，可以在位置或标测UI内显示的地图图块(tile))或导航信息(例如，线路信息或逐转弯方向)的数据。在特定实施例中，单个服务器系统结合其他地图信息提供地磁地图信息。例如，地磁地图信息可以被提供为地图信息层，其包括(但不限于)可以在UI内显示的视觉地图信息。在特定实施例中，从与提供UI地图信息或导航信息的服务器不同的服务器获得地磁地图信息。在特定实施例中，磁导航设备经由统一接口访问地图或导航信息，并且从磁导航系统内的各种服务器或数据库系统检索特定信息并经由统一接口将其提供给磁导航设备。下面参考图1A中所示的区域服务器系统112和主服务器系统116进一步讨论可以在特定实施例中的磁导航系统中使用的特定服务器架构。在特定实施例中，可以在磁导航系统内利用适合于特定应用的要求的许多其他服务器架构。

在特定实施例中，磁导航系统包含一个或多个区域服务器系统112，其可以与经由特定网络或在特定地理区域内通信的磁导航设备通信。区域服务器系统可以将地磁地图数据114发送到地理区域(102-108)内的磁导航设备110并接收磁测量信息。如上所述，区域服务器系统112还可以发送其他类型的信息，包括(但不限于)UI地图信息或导航信息。

在特定实施例中，磁导航设备110可以连续地向磁导航系统100(例如，向区域服务器系统112或主服务器系统116)提供磁测量信息。在特定实施例中，磁导航设备110周期性地提供磁测量信息的数据日志。在某些实施例中，磁导航设备110基于网络连接性来报告磁测量。例如，磁导航设备110可以等待直到连接到宽带互联网连接(例如，经由WIFI接入点)以将磁测量数据日志上传到磁导航系统100内的服务器系统(112或116)。在磁导航系统内的磁导航设备和服务器之间交换数据的具体方式很大程度上取决于具体应用的要求。

图1B示出了示例磁导航设备。磁导航设备150包括与包含磁导航应用155的存储器154通信的处理系统152。处理系统可以使用通用微处理器、微控制器、数字信号处理器、图形处理单元或能够执行逻辑运算或计算的专用或软件控制的设备的任何组合来实现。在特定实施例中，存储器154包括非易失性存储器系统。在某些实施例中，磁导航应用155被临时下载并存储在存储器154中。在特定实施例中，存储器154还可以用于存储附加数据，包括(但不限于)地磁地图信息、UI地图信息(例如，地图图块图像文件)或导航信息。如上所述，特定实施例中的磁导航设备可以本地存储地图信息，以在没有网络连接的情况下实现磁导航。

处理系统152还与磁传感器系统156通信。在所示实施例中，磁导航设备还包括GNSS接收器158、惯性测量单元(IMU)160和与处理器152通信的无线通信模块162。在特定实施例中，GNSS接收器158、IMU 160或无线通信模块162可用于获得位置信息，该位置信息可由磁导航应用155与从使用磁传感器系统156获得的磁测量导出的位置信息组合使用或作为其替代。在特定实施例中，无线通信模块162还可以用于获得补充位置信息。无线通信模块162还可以用于与磁导航系统内的服务器系统通信，以获得地磁地图信息或发送与磁测量相关的数据。虽然上面参考图1B描述了各种磁导航设备架构，但是可以利用各种架构中的任何一种，包括(但不限于)GNSS接收器或无线通信模块执行上述归因于单独处理器或存储器的功能的架构(因此消除了对单独处理系统或存储器组件的需要)。因此，可利用许多不同的磁导航设备实施方案，其包含图1B中所展示的组件的较少组件或附加组件，视特定实施例中的特定应用的要求而定。

再次参考图1A，在特定实施例中，区域数据服务器112可以被配置为累积从磁导航设备110接收的所发送的磁测量信息114。累积的磁测量数据可用于生成特定区域的更新的地磁地图信息。然后，区域数据服务器112可以将地磁地图更新(例如，更新的地磁地图补丁)发送到位于地理上不同的数据中心中的主服务器系统或多个服务器系统，其中地磁地图更新可以用于执行关于全球地磁地图的更新。在特定实施例中，可以在单个服务器系统内或在服务器系统的层级内利用源自多个磁导航设备的磁测量来更新区域或全球地磁地图的特定方式很大程度上取决于特定应用的要求。下面进一步讨论在特定实施例中用于收集磁测量和更新地磁地图的过程。

在特定实施例中，磁导航系统可以“补丁”或改进GMF的全球地磁地图。例如，磁导航服务器(例如，主服务器系统116)可以维护地磁地图，该地磁地图可以是全球的GMF的双冗余“主图”，以避免在损坏的主文件的情况下中断服务。主地磁地图可以用作基线，从该基线建立可以用于详细磁导航的更高分辨率地磁地图。在特定实施例中，存储在例如磁导航系统的一个或所有主服务器中的主地磁地图可以基于从EMAG2(地球磁异常网格2弧分钟分辨率)数据模型接收的数据。另外，主地磁地图可以包含附加数据层，该附加数据层包含GMF的粗略梯度图以及诸如磁化率和电导率的其他信息。在特定实施例中，当从磁导航设备生成信息并将其馈送到区域服务器中时，可以周期性地或实时地更新附加数据的各个层。同样，在特定实施例中，可以更新或改进主地磁地图以具有比基线EMAG2模型更高的分辨率。因此，更新的主地磁地图可以用于改进的定位或导航。

在特定实施例中，可以基于磁设备的高度在多层二维数据中提供磁标测数据。例如，一些设备可以在飞行器中，而其他更靠近地面，而其他设备可以位于建筑物内的不同高度处。因此，系统编程的各种实施例可以外推二维数据集以渲染三维数据集，以便生成磁异常的更精细的三维图。因此，三维数据集可以存储在主服务器中。同样，一些实施例可以利用三维数据集进行定位。

在特定实施例中，全球地磁地图的更新涉及使用在磁导航系统内活动的磁导航设备来捕获磁测量信息。在特定实施例中，磁测量信息可以由磁导航设备生成，并且以多种不同的格式存储或提供给磁导航系统，包括(但不限于)十进制数据、TINYINT(微小整数)或整数数据格式。同样地，数据的值可以以任何数量的值类型提供，诸如度数(例如，表示纬度和经度值)和公制或英制测量系统，以表示相应的分辨率或单元大小。应当理解，这些值的组合可以用于为在磁导航系统内操作的个体磁导航设备中的每一个生成磁信息捕获轨迹，其可以简称为轨迹，或者捕获磁测量信息以在磁导航系统内使用。在一些实施例中，轨迹可以由磁导航设备使用各种不同的数据格式或值提供给磁导航系统。例如，下面的表1示出了在特定实施例中生成的轨迹数据。

表1

TRAJECTORY数据结构可以以下面详述的方式实现：

TRAJECTORY:array of elements of the“POINT”type.

POINT:{

double lat；

double Ion；

float height；

float heading；//magnetic heading

time_t timestamp；//timestamp of the current measurement

double accelerometerX；

double accelerometerY；

double accelerometerZ；

double mag_x；

double mag_y；

double mag_z；

double suscept；

double conductivity；

float v_accuracy；//GNSS Vertical Accuracy(m)；-1if unavailable

float h_accuracy；//GNSS HorizontalAccuracy(m)-1if unavailable

short mode；//0–regular mode；1–GNSS-denied mode；2–Network-denied mode；3

–blind mode.

}；

在特定实施例中，可以利用各种数据结构中的任何一种来报告磁测量，以适合于特定应用的要求。

在特定实施例中，由磁导航设备直接报告或包含在由磁导航设备报告的轨迹内的磁测量信息可用于更新基线磁地图，该基线磁地图可包括从EMAG2数据集解析的数据。EMAG2数据可以用作用于确定改进整个磁标测系统的功能可能需要的分辨率水平的基线。例如，可以通过GNSS设备数据的定位准确度和特定于系统中的每个设备的磁传感器的更新速率来确定可能的分辨率改进的水平。

在特定实施例中，关键相关性的数据可以包括(但不限于)与纬度、经度、高度(海拔高度)和设备类型相关的磁数据。在特定实施例中，粗略层数据可以包含与设备的地理位置相关的各种值或数据集。这在确定可能是已知的并且在整体分辨率改进中考虑的磁异常的类型时可能是非常有用的。另外，磁化率和电导率数据可以由区域内的设备生成。这样的数据可以用于建立与每个设备相关联的各种信任系数。在特定实施例中，信任系数可以用作加权系数，该加权系数可以帮助确定被提供并随后用于确定设备的轨迹数据的数据的准确度的水平。

如先前关于图1A所讨论的，区域服务器可以用于预处理由磁导航设备提供的磁测量信息。在特定实施例中，磁导航系统可以利用区域服务器来生成用于全球地磁地图的数据的区域或“补丁”的更新。更新可以被实现为附加的数据层或使用反映对底层全球地磁地图信息的修改的各种数据结构中的任何一种来实现。在特定实施例中，区域服务器可以基于轨迹为主地磁地图创建地磁地图补丁，该轨迹通常可以按设备类型和设备硬件分类。例如，磁导航系统可以基于包括(但不限于)由磁设备利用的磁力计的灵敏度或可靠性或由磁导航设备生成的其他定位信息的可靠性的因素来加权信息的可靠性(例如，由蜂窝电话对车载磁导航设备进行的磁测量)。不同的设备轨迹可以由各个区域服务器112收集，并且包含在轨迹内的磁测量信息可以由区域服务器处理，以创建用于更新全球地磁地图的地磁地图补丁。地磁地图补丁可以被发送到主服务器系统以更新全球地磁地图。

虽然上面的讨论中的大部分涉及使用轨迹来提供磁测量信息以用于更新全球地磁地图的目的，但是基于传输轨迹数据的方法是简单的实施方式，其可以是有用的，因为它们不依赖于磁导航设备对磁测量信息的连续传输的需要。因此，轨迹的使用可以使磁导航系统能够在有利的时间(例如，当低成本/高速网络连接性可用于磁导航设备时)聚合磁导航数据。因此，在特定实施例中，可以使用各种不同数据结构中的任何数据结构或以适合于特定应用的要求的各种通信频率中的任何通信频率来提供磁测量信息。

图2是示例磁导航系统的示例序列图，概念性地示出了在特定实施例中磁导航系统内的磁导航设备和服务器系统之间的通信。在特定实施例中，磁导航设备202可以被配置为与区域服务器204无线通信。在特定实施例中，磁导航设备202可以将从设备生成的磁标测信息206发送到区域服务器204。区域服务器204可以执行如下面将讨论的多个操作，以分析和处理来自磁导航设备的传入数据，以生成对地磁地图的更新。在所示实施例中，利用从磁导航设备接收的磁测量信息来生成地磁地图补丁数据集，该地磁地图补丁数据集可以被发送208到主服务器210以用于更新全球地磁地图。如上所述，对全球地磁地图的更新可以采取全球地磁地图内的附加信息层的形式。在特定实施例中，主服务器210可以将更新的地磁地图数据212发送到区域服务器，用于存储和分发到磁导航设备。当磁导航设备202接下来请求214地磁地图数据以执行导航时，更新的地磁地图文件216可以由服务器204提供并由磁导航设备利用以执行定位或导航。地磁地图信息可以是区域特定的。因此，磁导航设备202不需要请求完整的全球地磁地图，而是可以请求特定区域的地磁地图立方体(cube)或图块。例如，许多磁设备可能具有不同程度的不确定性，这可能需要二维或三维数据用于定位/导航。如果磁设备位于桥(bridge)上或桥下，则可以在立方体中提供三维GMF信息以允许导航。其他示例可以包括道路上的车辆，其可能不需要用于定位的多于二维数据的任何东西，并且因此将被提供有图块。在特定实施例中，磁导航设备可以下载UI地图图块216以允许磁导航设备在其沿着轨迹继续时显示适当的UI。

图3示出了用于生成示例磁标测数据的示例方法。在特定实施例中，磁导航设备使用存在于设备上的磁力计来捕获302磁测量。由磁导航设备进行的测量在它们取决于磁导航设备的位置和磁导航设备所采用的特定磁力计的意义上对磁导航设备是特定的。在特定实施例中，由磁导航设备进行的每个磁测量包括(但不限于)磁场强度的三个分量，其与来自GNSS/INS或任何可靠的导航系统的定位和姿态数据一起测量。在特定实施例中，定位信息可以补充有附加定位数据，包括(但不限于)从数字通信系统内的测量或IMU测量导出的定位信息。在某些实施例中，磁测量以及包括(但不限于)导航日志数据和磁导航设备类型、传感器类型或定位信息的准确度的信息可以由导航系统发送和存储(例如，在区域服务器中)，以用于计算对全球地磁地图的更新。在特定实施例中，磁测量信息可以由下面的等式1示出：

H＝[H_xH_yH_z]＝(t,x,y,z,x·,y·,z·,φ,θ,ψ,ms) (1)

其中t是时间，(x,y,z)和(x·,y·,z·)是在ENU/NED坐标系中给出的已经由服务器变换到给定区域的坐标和速度，(φ,θ,ψ)是滚转角、俯仰角和偏航角，ms是消息状态。根据特定实施例中的特定应用的要求，可以利用各种磁测量信息格式中的任何一种(包括用于不同设备的不同格式)。

在特定实施例中，由特定磁导航设备生成的磁测量信息可以包括各种不同的元素，如上所述，包括识别用于捕获测量值的设备硬件以及这种硬件的可靠性的信息。另外，区域设备特定数据可以考虑可能影响区域磁场的其他变量，诸如(但不限于)局部异常。异常可以是可以提供局部磁场的信息的任何数量的物体，诸如建筑物、桥梁、隧道、蜂窝塔、灯柱、任何数量的人造物体、或可能对该区域唯一的任何地理特征。

由特定磁导航设备生成的磁测量信息可以被发送到区域服务器以进行进一步处理304。区域服务器可以基于特定于区域设备的数据来生成区域轨迹306。可替代地，磁导航设备可以提供磁测量信息作为轨迹。在特定实施例中，然后可以使用磁测量来生成可以被发送到主服务器系统310的区域地磁地图补丁308。主服务器可以使用地磁地图补丁来用从区域服务器接收的补丁更新全球地磁地图312。如上所述，这些更新可以反映为由主服务器系统维护的全球地磁地图的附加层。

参考可以由各种区域设备收集的磁测量或局部异常数据，可以通过可以在地磁地图补丁数据的整体计算中使用的不同信任或置信水平来分配这样的数据。在各种实施例中，信任或置信水平可以被称为概率层，并且可以基于报告异常的磁导航设备的数量、跨不同磁导航设备的测量的可重复性、用于收集磁测量的磁力计的准确度和类型、磁力计是否是识别的设备、运动类型或定位可靠性(GNSS数据)以及可能影响局部磁场的季节变化来计算。另外，概率层可以包含其他类型的信息，诸如描述已知局部异常的信息，包括(但不限于)存在于已知局部异常内的材料。材料可以对局部磁场的特性具有各种影响。诸如建筑物、桥梁、道路等的局部异常可以由任何数量的材料制成。另外，此类异常及其相应材料可涉及由设备看到的相对磁化率和电导率信息。因此，可以建立或利用包括各种类型材料的已知磁特性的数据库，使得可以对磁力计进行校正和/或将其包括在相应的计算中，以生成在更新全球地磁地图中使用的地磁地图补丁。在特定实施例中，可以将数据过滤成各种类型的概率层，诸如器件磁化率和电导率数据。在各种实施例中，概率层可以包括但不限于设备或物体坐标、局部磁场的值矢量、局部磁场的梯度矢量、磁化率值、电导率值和磁导航设备类型层。

在特定实施例中，使用各种磁导航设备测量来创建地磁地图，所述测量包含经由传感器的更精确测量平台进行的测量和使用较便宜的传感器进行的测量。例如，一些磁导航设备可含有GNSS和INS解决方案、Novatel同步定位元件、姿态和导航(SPAN)技术，诸如PwrPak7-E1。这些磁导航设备可以能够提供时间、位置、速度和姿态参数。在特定实施例中，由具有更可靠磁测量平台的磁导航设备获得的磁测量在用于确定对全球地磁地图的更新的概率层内被赋予更高水平的信任(或置信度)。相比之下，具有较不准确的组件和技术的磁导航设备可被给予较低的信任等级。不太准确的组件(诸如蜂窝设备中的磁力计)对于定位和导航可以是相对可靠的，而不管这些不太准确的传感器中的一些传感器可能产生的噪声水平。

特定实施例中的磁导航系统可以利用使用不太精确的磁传感器或定位技术捕获的更大数量的磁测量，以构建具有改进分辨率的高度可靠和准确的地磁地图。例如，许多实施例可以利用通常由较不准确的传感器产生的误差或噪声，因为类似的传感器倾向于产生相同或类似的误差，这使得它们非常可预测。因此，包括误差的传感器数据可以用于生成粗略标测数据以及用于粗略尺度上的定位；其中粗略包括包含已知误差或噪声的数据。通过利用包括(但不限于)GMF梯度值的量化的过程，收集来自相同或相似类型的噪声传感器的许多磁测量以表示粗略地图可以用于开发全球地磁地图的补丁。虽然上面的大部分讨论涉及使用磁导航设备来收集磁测量，但是特定实施例中的磁导航系统还可以从结合了非常精确的地理定位和磁场测量技术的专用磁测量设备接收磁测量。以这种方式，磁导航系统可以周期性地捕获特定区域内的极其精确的磁测量，以持续改进磁导航设备可用的全球地磁地图信息。因此，本文中对使用磁导航设备获得磁测量的引用应理解为涵盖使用也形成磁导航系统的一部分的专用磁测量设备获得测量值。可以采用各种策略中的任何一种来收集磁测量并处理磁测量信息，以生成可靠的地磁地图信息，以用于在特定实施例中适合于特定应用的要求的定位或导航。

在特定实施例中，更新全球地磁地图的方法可以遵循从区域中的磁导航设备获得磁测量信息并且然后将磁测量信息分配给概率层以进行处理的系统过程。此外，可以比较概率层的磁测量信息的相似性，以生成在生成更新的地磁地图补丁时有用的磁测量信息的叠加。类似于上面讨论的那些磁测量可以保存并累积在(分布式)数据库中，使得它们可用于生成对全球地磁地图的更新。在特定实施例中，可以随时间比较概率层或磁测量数据集。换句话说，可以比较一个区域中随时间推移的磁测量，以便建立用于产生对全球地磁地图的更新的可靠数据集。考虑数据随时间的变化的磁测量可以由下面的等式2示出：

M＝[Hx(t1)…Hx(tN)Hy(t1)…Hy(tN)Hz(t1)…Hz(tN)] (2)

其中，在时间间隔t1…tN内测量GMF的三维分量。磁测量(磁力计的连续读数)取决于物体的运动，其可以由三个线速度分量Δx、Δy、Δz、三个角速率分量Δy、Δθ、Δψ和用于捕获磁测量的传感器系统的更新速率Δt＝Δti-Δti-1来表征。

图4A是示例区域中的各种示例磁简档的示例时间叠加，概念性地示出了在给定区域中的不同时间间隔上的磁测量的捕获。在第一时间间隔402期间，两个磁导航设备在穿过GMF的相同区域内的两个不同路径的同时捕获磁测量。在第二和第三时间间隔(404和406)内，附加磁导航设备在移动通过该区域时捕获磁测量。指示了在不同时间在该区域的单元408内进行的磁测量。考虑到磁导航设备的位置或轨迹的不确定性，磁测量的后续处理可以考虑相对于磁测量和磁导航设备在进行磁测量的时间点处的位置的不确定性。出于处理的目的，可将每一磁测量分配给所述区域内的对应的分辨率单元(例如，在进行磁测量时最可能含有磁导航设备的位置的单元)。对应的单元中的GMF可以是3D坐标的函数，类似于上面的等式2中所示的那些3D坐标。3D坐标可以由等式3示出：

GMF(Hx,Hy,Hz)＝f(x,y,z) (3)

所确定的空间场可以由一组随机轨迹代替；即磁简档，其又是物体运动的函数，并且在下面的等式4中示出：

M(Hx,Hy,Hz)＝m(Δx,Δy,Δz,Δγ,Δθ,Δψ,Δt) (4)

在特定实施例中，可以通过使用诸如(但不限于)高斯过程回归(GPR)的技术来卷积上面的等式3和4以包含时间变化Δt，该时间变化Δt可以与标测期间的坐标、速度和定向的概率估计相关联。在一些实施例中，由区域内的各种磁导航设备收集的磁测量可以拟合到相同的时间间隔并使用近似坐标进行比较。在特定实施例中，这以考虑可能从任何给定仪器产生的潜在误差或噪声的方式执行。因此，在特定实施例中，导航系统可以利用收集的磁测量信息来利用下面的等式5中提供的矩阵确定磁梯度场：

此外，利用标测数据的插值和Δx、Δy、Δz的预测，磁测量可以从先前的测量转换到新的测量。当由不同磁导航设备捕获的多个磁测量在区域内可用时，可以执行分析以评估磁测量之间的相似性，诸如(但不限于)通过使用相关分析。因此，特定实施例中的导航系统可以利用磁测量之间的相似性来构建概率磁梯度图(magnetic gradient map)或地磁地图补丁，以用于更新全球地磁地图。根据许多实施例，概率磁场地图可以组合来自全球参考数据库和梯度矢量(三轴)地磁地图数据的信息以提高分辨率。在特定实施例中，可以随时间重复诸如(但不限于)相似性相关分析(similarity correlation analysis)的分析以更新概率磁梯度图。磁测量的相似性的相关性与典型的GPS/GNSS方法形成鲜明对比，典型的GPS/GNSS方法寻找测量的差异以提高准确度。

例如。图4B和图4C示出了示例传感器的示例量化轨迹数据和标测数据之间的示例比较，示出了与可以保存到地图的类似值(图4C)相比具有已知误差的传感器的梯度磁标测数据(图4B)的示例。在图4B中，图形414示出了来自传感器的原始数据，并且图形418示出了对应的量化数据。类似地，在图4C中，图形416示出了沿着线性坐标X(以米为单位)从地图获取的关于GMF梯度的原始数据，并且图形420包含相同的数据但被量化。量化数据可以被分成不同的量化级412，例如，如图形418和420中的水平线所示。量化水平412可以用于示出相应传感器414和地图416的量化轨迹。可以看出，从图形416提取的梯度简档410b与来自传感器414的梯度简档410a在尺度上不同，因为形式被保留。可以检测梯度简档410a和410b之间的对应关系，并且因此可以提供可靠的导航。传统系统可以通过使用误差度量来操作，该误差度量将比较量化轨迹数据中的绝对或平方差，该误差度量将无法提供从中生成改进的磁标测数据的匹配数据集。相反，许多实施例操作以比较轨迹数据的相似性而不是差异。在一些情况下，误差度量可以以1(100％)为界，并且可以比传统的差值方法更快且更准确地提供比较数据结果。

图4D-图4I示出了针对用于改进功能的相似性进行比较的示例轨迹数据，示出了一些实施例可以如何使用轨迹数据中的相似性用于定位目的。例如，图4D示出了模拟的标量磁场图，其具有由图的“Z”方向上的峰和谷表示的各种磁异常420。图4E同样示出了相同100×100正方形的二维磁异常图，并示出了各种异常的相应强度。使用来自相应磁地图的数据，各种实施例可以生成相应区的梯度标测数据，如图4F所示。同时，可以基于上面示出的许多方法和实施例生成任何给定磁设备的轨迹。区内的物体的磁轨迹及其梯度的示例可以由图4G中的图形示出。随后，许多实施例然后可以在由磁设备(图4G)测量的数据轨迹与地图数据(图4D-图4F)之间进行叠加比较，这可以在图4H和图4I中示出，其中归一化相关系数(NCC)的值被示出为已知轨迹与来自地图数据(图4D-图4F)的一组其他轨迹的比较结果。数据之间的相似性的比较可以导致可以找到最可能的运动的轨迹。在这样的示例中，除了其他比较之外，最可能的轨迹可以由具有最高NCC值0.9978的第5列示出。从图4H至图4I还可以看出，仅比较来自所有轨迹的前24个点(95个点)以获得关于列号的正确值就足够了。

在特定实施例中，如果相似性相关方法没有在区域内产生期望的准确度水平，则可以使用其他相关方法来帮助提高准确度。例如，一些实施例可以使用基于随机过程的互相关函数的计算的相关标准函数。在某些实施例中，磁导航系统可以使用通常在场呈现的差异标准函数。在特定实施例中，频谱标准函数可以用于在频谱域中执行相关。在特定实施例中，根据特定实施例中的特定应用的要求，可以利用各种功能中的任何一种来使用由各种磁导航设备进行的磁测量来获得地磁地图信息。

现在参考图5至图7，可以示出在特定实施例中的磁标测数据集。图5示出了在给定区域内穿越相同或基本相似的路径时在不同天捕获的示例性纬度和经度轨迹数据。可以示出，沿着曲线的中心线示出的重叠数据可以用于生成改进的地磁地图信息。在各种实施例中，地磁地图数据可以随着来自该区域内的各种磁导航设备的磁测量的数量的增加而继续改进。尽管图5中所示的不同数据集看起来相对于彼此稍微偏移，但是数据集表示两个不同时间段上的相同路径。条件可以每天改变，并且局部异常也可以改变，从而影响相应的数据集。然而，如上所述，可以比较重叠数据集的相似性，并且可以将适当确定的加权系数应用于数据集以建立更大的一致性。图5所示的磁测量也在图6所示的图表内示出。特别地，图6示出了磁场如何根据日期(相应地为灰色和黑色)分别由纬度(由附图标记602指示)和经度(由附图标记604指示)针对图5中呈现的轨迹改变。相应的数据集也表现出轻微的偏移，但是可比较的。

图7示出了基于由多个不同磁导航设备捕获的磁测量而形成的示例区域地磁地图。地磁地图示出了地图的相应纬度和经度位置的对应的强度。收集可靠磁测量信息的磁导航设备的数量越多，可以用于生成相应区域的高分辨率地磁地图的重叠数据量越大。在特定实施例中，磁导航系统可以实现上述方法和系统，以编译磁导航设备特定的数据并创建地磁地图层，其中类似的数据可以被比较并因此用于生成特定于特定类别的设备的分辨率提高的地磁数据。磁导航系统处理从不同类别的磁导航设备获得的磁测量以获得更新的地磁地图信息的具体方式在很大程度上取决于具体应用的要求。

现在转向图8，示出了磁导航系统800。在特定实施例中，指定区域802可以具有多个磁导航设备或物体(804-814)，诸如，例如金属物体、汽车、高功率线路、地铁等。每个相应的磁导航设备(804-808)可以向区域服务器818发送磁测量信息，该磁测量信息可以包括设备简档信息816。个体磁测量可以包含关于该区域内的各种物体(810-814)的信息以及可以由其他磁导航设备提供的信息。这些物体810-814可以通过在GMF中引入失真来影响磁读数。因此，区域服务器可以利用如上所述的各种相关方法来组合从不同磁导航设备接收的磁测量，并生成更新的地磁地图信息，诸如(但不限于)要发送到主服务器822的一个或多个地磁地图补丁820。在特定实施例中，主服务器822可以将EMAG数据824与地磁地图补丁数据组合，以生成相对于EMAG数据824具有增加的分辨率的附加地磁地图层。如图8所示，许多实施例使得能够在两个方向上传输数据。换句话说，许多实施例可以利用系统架构来生成地磁地图数据826以及向该区域内的终端设备(804-808)提供更新的地磁地图数据826。可以利用不同的服务器系统来接收磁测量并将其处理成更新的地磁信息，并将地磁地图信息分发到磁导航设备。

图9示出了用于更新示例地磁地图信息的示例过程，其中使用多个磁导航设备生成具有比地磁地图信息的基线集合更高的分辨率的地磁地图。在所示实施例中，多个磁导航设备(1-n)基于它们在给定区域(902-906)内的存在来生成磁测量信息。然后，每个区域服务器可以在服务器之间接收或共享磁测量信息(908-912)。一旦已经编译了磁测量信息，就可以合并914磁测量信息并将其用于生成分辨率大于地磁信息的基线数据集的分辨率的地磁地图补丁916。然后可以发送918地磁地图补丁并用于更新全球地磁地图920。在特定实施例中，图9所示的方法可以用于任何数量的区域服务器。

在特定实施例中，磁导航设备可以生成、发送和接收可以以多种不同数据格式之一格式化的磁测量信息。图10示出了在磁导航系统内执行的各种过程，其中磁导航设备1002可以与区域服务器1004通信。在特定实施例中，磁导航设备1002可以基于磁导航设备1002所位于的区域以及磁导航设备1002上具有的用于生成这种数据的适用硬件来生成磁测量信息1006。随后，可以经由无线连接将该磁测量信息发送1008到区域服务器1004。如图1A-图1B和图12-图13中可见，磁导航系统内的磁导航设备与服务器系统之间的无线连接可涉及无线通信，诸如(但不限于)经由蜂窝数据网络、卫星通信链路、无线接入点或其他无线通信信道的通信。磁导航设备还可以请求设备所在的给定地理区域的地磁地图数据1010(例如，地磁地图图块)。区域服务器1004可以基于该请求将该区域的当前地磁地图数据1012发送到磁导航设备。如上所述，地磁数据可以与UI地图图块组合提供。在特定实施例中，可以从其他服务器获得UI地图图块。

磁测量设备可以进行磁测量的方式可以取决于其他定位信息源的可用性或可用的网络连接性。在图11中说明在特定实施例中可由磁导航设备采用的各种磁测量模式。可以使用磁导航设备内的磁力计来获得(1102)磁测量。磁测量可以用于生成(1104)磁测量信息，该磁测量信息被发送(1105)到磁导航系统内的服务器(例如，区域服务器)。所提供的特定磁测量信息可以取决于附加定位信息源的可用性。例如，基于可用信息，可以选择或确定操作模式1106，诸如正常模式1107、网络拒绝模式1108、盲模式1110或GNSS拒绝模式1112。当可靠的定位信息可用并且磁导航设备可以访问无线数据网络时，磁导航设备可以在正常或常规操作模式1107下操作，在正常或常规操作模式1107中，收集磁测量并且在获取数据时将磁测量和位置信息的组合发送(1105)到磁导航系统。然而，如果设备不具有足够的网络信号1108，则一旦在网络拒绝模式1108中建立了网络连接性，就可以本地收集和存储数据以用于传输。类似地，设备可以在GNSS拒绝1112模式下操作，其中设备具有不充分的GNSS信号1110。在一些实施例中，当可靠的GNSS信号不可用时，设备可以利用INS来收集粗略数据。随后，随着GNSS信号变得可用，磁导航设备可以发起收集模式之间的转换或更新使用INS或其他定位信息源确定的定位估计。在特定实施例中，设备可以结合良好的网络信号使用INS，以收集数据并将数据发送到区域服务器。在缺少网络信号的那些实施例中，一旦足够的信号变得可用，就可以将数据传送到区域服务器。

图12示出了在磁导航设备内实现的决策过程1200，以基于GNSS或通信网络可用性来确定如何收集和发送磁测量信息。磁导航设备可以确定是否存在足够的GNSS信号1202。如果不是，则磁导航设备然后可以利用INS定位和航位推算来生成定位数据1204。然后，当获得足够的网络信号时，INS定位数据可以本地存储在设备1205上以用于传输。随后，系统或设备可以确定是否存在足以发送包括定位数据的磁测量信息的网络信号1206。如果存在，则可以将数据发送1208到磁导航系统服务器。如果不是，则可以存储1210磁测量信息，直到网络信号可用。

虽然上面描述了用于使用不同的定位信息源来生成磁测量信息的特定过程，但是磁导航设备可以在生成磁测量信息时利用磁或定位信息的各种过程或源中的任何一种，以适合于特定实施例中的特定应用的要求。

如上所述，地磁地图可以在任何数量的应用中用于导航，包括陆地、空中和水。磁导航设备可以利用地磁地图或关于环境材料的磁化率和电导率场的附加信息来执行磁导航。磁导航设备导航的具体方式可以取决于其他定位信息源或网络连接性的可用性。当可用时，磁导航设备可以利用GNSS来提供可以结合磁测量或INS测量来细化的定位信息。当不可用时，磁导航设备可以依赖于先前的GNSS定位信息结合INS测量和磁测量。如上所述，磁导航设备利用磁测量来基于地磁地图信息提供定位信息。磁导航设备可以存储地磁地图信息。然而，特定实施例中的磁导航系统周期性地更新地磁地图信息。因此，特定实施例中的磁导航设备可以尝试检索更新的地磁地图信息，以便基于磁测量来执行定位或导航。如上所述，GNSS信息可能由于周围环境(例如，高层建筑、峡谷等)而在某些区域中不可靠或不可用。在特定实施例中，地磁地图可以包括关于特定位置中的GNSS定位信息的可靠性的信息，以使磁导航设备能够更好地协调基于GNSS信息确定的位置之间的差异和基于磁场测量的该位置正确的可能性。磁场测量可以以各种不同方式中的任何一种来利用，以结合适合于特定实施例中的特定应用的要求的附加定位信息源来执行定位。

如先前关于生成标测数据所述，特定实施例可以包含类似的导航操作模式。例如，如果导航设备具有可靠的GNSS连接和可靠的蜂窝网络连接，则其可以通过接收用于给定操作区域的更新的磁标测图块或立方体来在正常传输模式(例如，常规模式1107)下操作。另外，当磁标测图块或立方体被发送到导航设备时，设备可以将磁标测图块/立方体数据与传统GNSS数据进行比较，并评估该比较以获得可以发送到区域服务器以供稍后处理的任何差异。替代地，如果设备具有不足的GNSS连接但具有足够的网络连接(例如，GNSS-拒绝模式1112)，那么许多实施例可主要依赖于地磁地图信息，包括从区域服务器供应用于导航目的的地图图块或立方体。特定实施例还可以结合航位推算和INS的使用来增强磁标测数据以用于可靠的导航。

相反，一些情况可能不允许完全使用GNSS或网络连接来使用磁标测数据进行导航。各种实施例可以允许即使在从中提取更新的磁标测数据的蜂窝网络信号不足的情况下继续导航。例如，如果只有GNSS连接可用而没有可靠的蜂窝网络连接(例如，网络拒绝模式1108)，则一些实施例可以继续利用先前发送的用当前GNSS数据增强的磁标测数据来操作。另外，INS可以用于生成用于航位推算的附加数据。因此，可以比较INS、GNSS和先前下载的磁标测数据的不规则性，这些不规则性可以在稍后的时间发送到区域服务器，以用于进一步改进整体磁标测数据。同样地，当一些导航设备在盲模式1110中有效地操作时，在没有可靠的GNSS或蜂窝网络连接的情况下，INS和先前下载的磁标测数据可用于导航目的。与导航设备有机结合的INS和磁数据同样可以用于稍后传输到区域服务器，以用于改进给定区域的整体磁地图。

图13示出了用于基于可用定位和网络连接性进行导航的示例方法。在方法1300中，磁导航设备可以确定1302足够的GNSS信号可用，并且继续获得定位信息并请求任何可用的更新的地磁地图信息。当GNSS信号不可用时，磁导航设备可以使用1304由IMU或其他定位信息源进行的测量以结合磁测量来估计位置。

当磁导航设备尝试检索更新的地磁信息时，磁导航设备可以确定1306网络连接是否可用。当网络连接可用时，磁导航设备可以请求并(当可用时)获得更新的地磁地图信息。在特定实施例中，特定区域的地磁地图信息以地磁地图图块的形式提供1308。地磁地图信息可以以适合于特定实施例中的特定应用的要求的各种格式中的任何一种来提供。当网络连接不可用时，定位或导航可以使用预缓存的地磁地图信息(例如地磁地图图块)进行1310。在各种实施例中，可以使用地磁地图信息来处理磁测量以执行定位，并将其与使用GNSS、INS或其他定位数据源的任何组合生成的位置估计进行比较。可以评估比较的差异，然后进一步细化。在特定实施例中，地磁地图信息可以包括GNSS信号不可靠并且可能产生不正确的位置估计的区域的指示。因此，地磁地图信息可以帮助解决差异。磁导航设备还可以使用这样的信息来处理INS数据，以基于先前可靠的GNSS信息(可能忽略更新近但不太可靠的GNSS信息)来执行航位推算。

如果没有足够的网络连接性来获得地磁地图信息，则磁导航设备可以使用GNSS信息以常规方式执行定位或标测。然而，磁导航设备可以继续进行磁测量，并且可以基于这些测量和从包括GNSS信息的源导出的定位信息向磁导航系统提供磁测量信息，以用于更新全球地磁地图的目的。在一些实施例中，稍后可以下载地磁地图信息，并且利用该信息结合GNSS数据来确定定位信息，以确定在由磁导航设备提供给磁导航系统的磁测量信息内利用的最准确的位置信息。

在特定实施例中，无论设备在区域内的位置如何，都可以执行如上所述的导航技术。例如，在传统GNSS系统中，局部异常可充当到设备的信号的阻挡物。然而，由于许多实施例考虑了局部异常的磁化率和电导率，并且系统基于稳定的磁标测数据，因此许多实施例可以在局部异常中和周围起作用。这适用于建筑物的内部导航。在一些实施例中，系统可以提供用于在建筑物内以及在建筑物周围准确地导航的导航工具。另外，在局部异常中和周围使用的系统越多，可以更准确地标测建筑物的景观。

在特定实施例中，可以通过使用等值线在粗略标测数据上导航来增强与上述那些类似的导航技术。等值线可以被称为地图上的磁场或其梯度的相等值的线。在特定实施例中，导航技术可以使用等值线来通过利用与相对于导航设备的等值线或一组等值线(类似于通过来自无线电信标的位置线控制飞行器)的偏差值的误差来控制物体。

磁标测数据可用于本文描述的特定实施例中的各种系统和方法。例如，一些实施例可以被设计用于搜索和救援或紧急响应类型任务，其将允许搜索者利用来自他们自己的设备的磁标测数据以及来自需要三角测量定位和标测用于执行救援的最佳行动路线的那些人的磁标测数据。其他实施例可以用于增强现有的导航应用，以帮助改善通过隧道或地下通道的导航。例如，采矿操作可以受益于改进的磁标测系统，用于通过可靠的定位来提高工人的安全性。另外，许多实施例可以用于建筑物内的改进的导航和定位设备。例如，本文描述的系统和方法可以用于帮助设备用户在建筑物中导航，诸如公寓大楼、企业或工业定位。在一些实施例中，系统可以使用高斯过程回归(GPR)构建用于这种定位的磁地图和磁标测数据，这可以消除在这种近距离定位中对精确地板测量的需要。图14A-图14D示出了用于改进定位的示例磁数据，示出了可以生成用于定位的外推磁地图的叠加输入和预测数据集。特别地，图14A-图14D中描绘的图表1402-1416示出了磁场的可视化，其中磁场的不同强度由不同的颜色表示。这些图表中的X轴和Y轴是以公制为单位的某个坐标系(例如，ENU坐标系)的参考方向。在第一图表1402中，输入数据是沿着具有XY轴上的已知定位的随机轨迹测量的磁值。如通过第一图表1402可以看到的，仅1/6的区被测量覆盖。图表1404示出了纬度-经度轴的相同轨迹。图表1406-1416表示用磁场填充地图补丁的过程，从而提供空区之间的插值的不同组合。特别地，图表1408表示在没有插值的情况下具有可靠定位半径的磁场的可视化；图表1410示出了基于GPR的整个补丁的填充，没有半径；图表1412表示来自GPR插值和来自实际输入数据两者的磁填充的可视化；图表1414示出了基于GPR填充整个补丁，其中考虑了可靠定位的半径；并且最后，图表1416表示考虑到可靠定位的半径的来自GPR插值和来自实际输入数据两者的磁填充的可视化。类似的实施例可以结合到与自主机器人或无人机一起使用，其可以在许多不同的情况下使用。

磁标测或导航系统的其他实施例可以在许多室外环境中使用，包括但不限于缺乏GNSS的环境。例如，各种实施例可以包含回溯功能。这样的功能对于导航到特定位置的机器人或远程控制的设备可以是有用的。在设备失去控制单元的视线的情况下，它可以利用存储的或先前使用的磁标测数据将路径回扫(retrace)回控制单元，而不需要视线或可靠的GNSS或网络连接性。同样，许多此类实施例可用于其中存在有限GNSS或网络连接性的各种应用中。例如，如上所述，实施例可以用于增强其他标测应用以允许在远程位置或具有不良连接性的其他位置中的可靠定位。例如，图15示出了在第一天(例如，2020年5月11日)和第二天(例如，2020年5月14日)沿着预定轨迹1504的给定设备的一组磁标测数据1502。具体地，图15展示了在不同天或时间进行的磁测量对于导航和标测目的是可重复的。在特定实施例中，可以使用和重用所保存的数据，以允许在连接性可以被中断时进行持续和可靠的定位。

其他实施例可以以较小的尺度并入以用于各种不同的用途。例如，个体可以将给定区定义为操作的“期望区域”。可以利用地磁围栏元件建立期望的操作区域，使得已知设备可以被“围栏”在期望区域中或保持在期望区域之外。一些示例包括可以在特定地块上或在城市的特定区域内使用的狗项圈(dog collar)。在一些实施例中，狗项圈或定位设备可以设计成防止移动超出限定区或防止功能超出所述区。其他示例可以包括安全区，在该安全区中，作为示例，蜂窝设备可能造成不适当的风险。另外，该警报可以用于通知其他设备在期望区域内、靠近期望区域和超出期望区域的移动。

本文描述的许多系统和方法还可以用于经历具有各种异常或减弱的连接性的高水平干扰的区。例如，许多船用类型的交通工具，尤其是潜水器，可能需要更可靠的定位系统。因此，磁标测和导航系统(特定实施例)可以用在诸如军事或科学探索车辆的潜水器中。另外，许多这样的设备可以利用诸如远程操作的设备或射弹之类操作的辅助装备，其同样可能需要可靠的定位以进行引导。因此，特定实施例可以适于在诸如主要定位或增强定位系统的设备中使用。

考虑到这里描述的磁标测和定位系统的实施例的可靠性，可以理解许多其他应用。例如，因为许多实施例可以在没有足够的GNSS或网络连接的情况下操作，所以一些系统可以适用于领导者/跟随者配置。领导者可以是穿过可能具有不良连接性的特定区域(死区)的设备。在移动期间，领导者设备置生成磁标测数据，该磁标测数据可用于生成轨迹和粗略标测数据。然后，这样的数据可以在进入死区之前被发送到跟随者设备，并且然后利用来自主导设备的数据来成功地导航死区。另外，每个跟随者设备可以生成要发送的跟随者数据，该跟随者数据可以用于改进可以发送到其他跟随者设备的磁标测图块。

此外，如先前关于外推各种二维数据集以生成三维数据集所讨论的，一些系统可以适用于地-空定位技术。例如，基于地面的设备可以用于生成磁标测数据，该磁标测数据随后可以向上外推以生成三维标测立方体。然后，三维标测立方体将包含海拔高度数据，该海拔高度数据可以由基于空的设备用于通过特定区域的空定位/导航。

特别地，本文的概念可以以各种布置来实现。例如，一种导航系统和使用这种导航系统的方法，其中连续更新的磁标测系统比较个体区域设备简档以生成新的标测图块。根据实施例，实现这样的功能涉及上述子系统及其等同物之间的特殊布置或设计的实现。

图16示出了示例计算机系统1600。在特定实施例中，一个或多个计算机系统1600执行本文描述或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。在特定实施例中，计算机系统1600可以是与磁导航设备110、区域数据服务器112或主标测服务器116相关联的计算系统或设备。在特定实施例中，一个或多个计算机系统1600提供本文描述或示出的功能。在特定实施例中，在一个或多个计算机系统1600上运行的软件执行本文描述或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤，或者提供本文描述或示出的功能。特定实施例包括一个或多个计算机系统1600的一个或多个部分。在本文中，在适当的情况下，对计算机系统的引用可以包括计算设备，反之亦然。此外，在适当的情况下，对计算机系统的引用可以涵盖一个或多个计算机系统。

本公开考虑了任何合适数量的计算机系统1600。本公开考虑了采用任何合适的物理形式的计算机系统1600。作为示例而非通过限制的方式，计算机系统1600可以是嵌入式计算机系统、片上系统(SOC)、单板计算机系统(SBC)(诸如例如，模块上计算机(COM)或模块上系统(SOM))、台式计算机系统、膝上型或笔记本计算机系统、交互式信息亭、大型机、计算机系统网格、移动电话、个人数字助理(PDA)、服务器、平板计算机系统、增强/虚拟现实设备或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，计算机系统1600可以包括一个或多个计算机系统1600；是单一的或分布式的；跨越多个位置；跨越多台机器；跨越多个数据中心；或者驻留在云中，云可以包括一个或多个网络中的一个或多个云组件。在适当的情况下，一个或多个计算机系统1600可以在没有实质空间或时间限制的情况下执行本文描述或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。作为示例而非通过限制的方式，一个或多个计算机系统1600可以实时或以批处理模式执行本文描述或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。在适当的情况下，一个或多个计算机系统1600可以在不同时间或在不同位置执行本文描述或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。

在特定实施例中，计算机系统1600包括处理器1602、存储器1604、存储装置1606、输入/输出(I/O)接口1608、通信接口1610和总线1612。尽管本公开描述并示出了在特定布置中具有特定数量的特定组件的特定计算机系统，但是本公开考虑了在任何合适的布置中具有任何合适数量的任何合适的组件的任何合适的计算机系统。

在特定实施例中，处理器1602包括用于执行指令(诸如构成计算机程序的指令)的硬件。作为示例而非通过限制的方式，为了执行指令，处理器1602可以从内部寄存器、内部高速缓存、存储器1604或存储装置1606检索(或获取)指令；解码并执行它们；然后将一个或多个结果写入内部寄存器、内部高速缓存、存储器1604或存储装置1606。在特定实施例中，处理器1602可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓存。在适当的情况下，本公开考虑处理器1602包括任何合适数量的任何合适的内部高速缓存。作为示例而非通过限制的方式，处理器1602可以包括一个或多个指令高速缓存、一个或多个数据高速缓存、以及一个或多个转换后备缓冲器(TLB)。指令高速缓存中的指令可以是存储器1604或存储装置1606中的指令的副本，并且指令高速缓存可以加速处理器1602对这些指令的检索。数据高速缓存中的数据可以是存储器1604或存储装置1606中的数据的副本，以供在处理器1602处执行的指令对其进行操作；在处理器1602处执行的先前指令的结果，以供在处理器1602处执行的后续指令访问或写入存储器1604或存储装置1606；或其他合适的数据。数据高速缓存可以加速处理器1602的读取或写入操作。TLB可以加速处理器1602的虚拟地址转换。在特定实施例中，处理器1602可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部寄存器。在适当的情况下，本公开考虑处理器1602包括任何合适数量的任何合适的内部寄存器。在适当的情况下，处理器1602可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)；是多核处理器；或者包括一个或多个处理器1602。尽管本公开描述并示出了特定处理器，但是本公开考虑了任何合适的处理器。

在特定实施例中，存储器1604包括用于存储供处理器1602执行的指令或供处理器1602操作的数据的主存储器。作为示例而非通过限制的方式，计算机系统1600可以将指令从存储装置1606或另一源(例如，另一计算机系统1600)加载到存储器1604。然后，处理器1602可以将指令从存储器1604加载到内部寄存器或内部高速缓存。为了执行指令，处理器1602可以从内部寄存器或内部高速缓存检索指令并对其进行解码。在执行指令期间或之后，处理器1602可以将一个或多个结果(其可以是中间或最终结果)写入内部寄存器或内部高速缓存。然后，处理器1602可以将这些结果中的一个或多个写入存储器1604。在特定实施例中，处理器1602仅执行一个或多个内部寄存器或内部高速缓存中或存储器1604(与存储装置1606或其他地方相反)中的指令，并且仅对一个或多个内部寄存器或内部高速缓存中或存储器1604(与存储装置1606或其他地方相反)中的数据进行操作。一个或多个存储器总线(其可以各自包括地址总线和数据总线)可以将处理器1602耦合到存储器1604。总线1612可以包括一个或多个存储器总线，如下所述。在特定实施例中，一个或多个存储器管理单元(MMU)驻留在处理器1602和存储器1604之间，并且促进由处理器1602请求的对存储器1604的访问。在特定实施例中，存储器1604包括随机存取存储器(RAM)。在适当的情况下，该RAM可以是易失性存储器。在适当的情况下，该RAM可以是动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM)。此外，在适当的情况下，该RAM可以是单端口或多端口RAM。本公开考虑了任何合适的RAM。在适当的情况下，存储器1604可以包括一个或多个存储器1604。尽管本公开描述并示出了特定的存储器，但是本公开考虑了任何合适的存储器。

在特定实施例中，存储装置1606包括用于数据或指令的大容量存储装置。作为示例而非通过限制的方式，存储装置1606可以包括硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储装置1606可以包括可移除或不可移除(或固定)介质。在适当的情况下，存储装置1606可以在计算机系统1600的内部或外部。在特定实施例中，存储1606是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储装置1606包括只读存储器(ROM)。在适当的情况下，该ROM可以是掩模编程ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可变ROM(EAROM)或闪存或这些中的两个或更多个的组合。本公开考虑了采用任何合适的物理形式的大容量存储装置1606。在适当的情况下，存储装置1606可以包括促进处理器1602和存储装置1606之间的通信的一个或多个存储控制单元。在适当的情况下，存储装置1606可以包括一个或多个存储装置1606。尽管本公开描述并示出了特定的存储装置，但是本公开考虑了任何合适的存储装置。

在特定实施例中，I/O接口1608包括硬件、软件或两者，从而提供用于计算机系统1600与一个或多个I/O设备之间的通信的一个或多个接口。在适当的情况下，计算机系统1600可以包括这些I/O设备中的一个或多个。这些I/O设备中的一个或多个可以实现人和计算机系统1600之间的通信。作为示例而非通过限制的方式，I/O设备可以包括键盘、小键盘、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、静态相机、触笔、平板电脑、触摸屏、轨迹球、摄像机、另一合适的I/O设备或这些中的两个或更多个的组合。I/O设备可以包括一个或多个传感器。本公开考虑了任何合适的I/O设备和用于它们的任何合适的I/O接口1608。在适当的情况下，I/O接口1608可以包括使得处理器1602能够驱动这些I/O设备中的一个或多个的一个或多个设备或软件驱动器。在适当的情况下，I/O接口1608可以包括一个或多个I/O接口1608。尽管本公开描述并示出了特定的I/O接口，但是本公开考虑了任何合适的I/O接口。

在特定实施例中，通信接口1610包括提供用于计算机系统1600与一个或多个其他计算机系统1600或一个或多个网络之间的通信(例如，基于分组的通信)的一个或多个接口的硬件、软件或两者。作为示例而非通过限制的方式，通信接口1610可以包括用于与以太网或其他基于有线的网络通信的网络接口控制器(NIC)或网络适配器，或者用于与诸如WI-FI网络的无线网络通信的无线NIC(WNIC)或无线适配器。本公开考虑了任何合适的网络和用于它的任何合适的通信接口1610。作为示例而非通过限制的方式，计算机系统1600可以与自组织网络、个域网(PAN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)或互联网的一个或多个部分或这些中的两个或更多个的组合进行通信。这些网络中的一个或多个的一个或多个部分可以是有线的或无线的。作为示例，计算机系统1600可以与无线PAN(WPAN)(例如，蓝牙WPAN)、WI-FI网络、WI-MAX网络、蜂窝电话网络(例如，全球移动通信系统(GSM)网络)或其他合适的无线网络或这些中的两个或更多个的组合进行通信。在适当的情况下，计算机系统1600可以包括用于这些网络中的任何一个的任何合适的通信接口1610。在适当的情况下，通信接口1610可以包括一个或多个通信接口1610。尽管本公开描述并示出了特定的通信接口，但是本公开考虑了任何合适的通信接口。

在特定实施例中，总线1612包括将计算机系统1600的组件彼此耦合的硬件、软件或两者。作为示例而非通过限制的方式，总线1612可以包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强型工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、INFINIBAND互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微通道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCIe)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会本地(VLB)总线、或另一种合适的总线或这些总线中的两种或更多种的组合。在适当的情况下，总线1612可以包括一个或多个总线1612。尽管本公开描述并示出了特定总线，但是本公开考虑了任何合适的总线或互连。

在本文中，一个或多个计算机可读非暂时性存储介质可以包括一个或多个基于半导体或其他集成电路(IC)(诸如，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用IC(ASIC))、硬盘驱动器(HDD)、混合硬盘驱动器(HHD)、光盘、光盘驱动器(ODD)、磁光盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(FDD)、磁带、固态驱动器(SSD)、RAM驱动器、安全数字卡或驱动器、任何其他合适的计算机可读非暂时性存储介质、或在适当的情况下这些中的两种或更多种的任何合适的组合。在适当的情况下，计算机可读非暂时性存储介质可以是易失性的、非易失性的、或易失性和非易失性的组合。

在本文中，除非另有明确说明或上下文另有说明，否则“或”是包含性的而不是排他性的。因此，在本文中，除非另有明确说明或上下文另有说明，否则“A或B”意指“A、B或两者”。此外，除非另有明确说明或上下文另有说明，否则“和”既是联合的又是若干的。因此，在本文中，“A和B”意指“A和B，联合地或分别地”，除非另有明确说明或通过上下文另有说明。

本公开的范围涵盖本领域普通技术人员将理解的对本文描述或示出的示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。本公开的范围不限于本文描述或示出的示例实施例。此外，尽管本公开将本文中的相应实施例描述和示出为包括特定组件、元件、特征、功能、操作或步骤，但是这些实施例中的任何一个可以包括本领域普通技术人员将理解的本文任何地方描述或示出的任何组件、元件、特征、功能、操作或步骤的任何组合或排列。此外，在所附权利要求中对适于、布置成、能够、配置成、使能、可操作或操作以执行特定功能的装置或系统或装置或系统的组件的引用包括该装置、系统、组件，无论其或该特定功能是否被激活、打开或解锁，只要该装置、系统或组件如此适于、布置成、能够、配置成、使能、可操作或操作。另外，本公开的范围涵盖本领域普通技术人员将理解的本文描述或示出的示例实施例的所有优点。本公开的范围不限于本文具体描述或示出的特定优点。

Claims

1.一种方法，包括：

在标测服务器处，从多个区域服务器接收多个区域磁数据集，其中：

所述区域服务器中的每一个对应于多个地理区域中的一个；

所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集由对应于所述地理区域中的第一地理区域的所述区域服务器中的第一区域服务器生成；

所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集基于所述地理区域中的第一地理区域内的多个磁测量生成；并且

所述多个磁测量在所述区域服务器中的第一区域服务器处从所述地理区域中的第一地理区域内的多个磁导航设备接收；

在所述标测服务器处，利用所述区域磁数据集中的一个或多个更新地磁地图，其中，所述地磁地图包括所述地理区域中的一个或多个；以及

从所述标测服务器将更新的地磁地图的一个或多个部分传送到所述区域服务器中的一个或多个，以作为地磁地图信息分发给所述磁导航设备中的一个或多个以用于定位或导航。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个是移动电话、汽车导航系统、海上导航系统或空中导航系统。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个包括：

处理系统；

磁传感器系统；

全球导航卫星系统(GNSS)接收器；

惯性导航系统(INS)；

无线模块；以及

存储器，其可操作以存储磁导航应用、地磁地图信息和用户界面(UI)地图信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以在没有全球导航卫星系统(GNSS)信号的情况下使用地磁地图信息所述地磁地图数据来执行导航或定位。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以使用全球导航卫星系统(GNSS)信号、惯性导航系统(INS)测量或所述地磁地图数据中的一者或多者来执行导航或定位。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以基于所述磁导航设备处的全球导航卫星系统(GNSS)信号强度和网络连接强度来确定用于导航或定位的操作模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述操作模式是常规模式、GNSS拒绝模式、网络拒绝模式或盲模式中的一者。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集基于根据分配给所述磁导航设备中的一个或多个的一个或多个信任系数对一个或多个磁测量的加权来生成。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集部分地通过对所述磁测量的相似性相关分析来生成，其中，所述磁测量是在一段时间内收集的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述磁导航设备中的一个磁导航设备的磁测量中的一个或多个中的每一个包括：

所述磁导航设备的标识符；

所述磁导航设备中的所述一个磁导航设备的设备类型的指示符；

指示磁导航设备中的所述一个磁导航设备的一个或多个地磁读数的轨迹；以及

指示所述轨迹的开始时间的时间戳。

11.包含软件的一个或多个计算机可读非暂时性存储介质，所述软件在被执行时可操作以：

所述区域服务器中的每一个对应于多个地理区域中的一个；

12.根据权利要求11所述的介质，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个是移动电话、汽车导航系统、海上导航系统或空中导航系统。

13.根据权利要求11所述的介质，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个包括：

处理系统；

磁传感器系统；

全球导航卫星系统(GNSS)接收器；

惯性导航系统(INS)；

无线模块；以及

14.根据权利要求11所述的介质，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以在没有全球导航卫星系统(GNSS)信号的情况下使用地磁地图信息所述地磁地图数据来执行导航或定位。

15.根据权利要求11所述的介质，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以使用全球导航卫星系统(GNSS)信号、惯性导航系统(INS)测量或所述地磁地图数据中的一者或多者来执行导航或定位。

16.根据权利要求11所述的介质，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以基于所述磁导航设备处的全球导航卫星系统(GNSS)信号强度和网络连接强度来确定用于导航或定位的操作模式。

17.根据权利要求16所述的介质，其中，所述操作模式是常规模式、GNSS拒绝模式、网络拒绝模式或盲模式中的一者。

18.根据权利要求11所述的介质，其中，所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集基于根据分配给所述磁导航设备中的一个或多个的一个或多个信任系数对一个或多个磁测量的加权来生成。

19.根据权利要求11所述的介质，其中，所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集部分地通过对所述磁测量的相似性相关分析来生成，其中，所述磁测量是在一段时间内收集的。

20.根据权利要求11所述的介质，其中，来自所述磁导航设备中的一个磁导航设备的磁测量中的一个或多个中的每一个包括：

所述磁导航设备的标识符；

指示所述轨迹的开始时间的时间戳。

21.一种装置，包括：

一个或多个处理器；以及

耦合到所述处理器的一个或多个计算机可读非暂时性存储介质，所述一个或多个计算机可读非暂时性存储介质体现软件，所述软件在由所述处理器执行时可操作以：

所述区域服务器中的每一个对应于多个地理区域中的一个；

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个是移动电话、汽车导航系统、海上导航系统或空中导航系统。

23.根据权利要求21所述的装置，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个包括：

处理系统；

磁传感器系统；

全球导航卫星系统(GNSS)接收器；

惯性导航系统(INS)；

无线模块；以及

24.根据权利要求21所述的装置，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以在没有全球导航卫星系统(GNSS)信号的情况下使用地磁地图信息所述地磁地图数据来执行导航或定位。

25.根据权利要求21所述的装置，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以使用全球导航卫星系统(GNSS)信号、惯性导航系统(INS)测量或所述地磁地图数据中的一者或多者来执行导航或定位。

26.根据权利要求21所述的装置，其中，所述磁导航设备中的一个或多个中的每一个可操作以基于所述磁导航设备处的全球导航卫星系统(GNSS)信号强度和网络连接强度来确定用于导航或定位的操作模式。

27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述操作模式是常规模式、GNSS拒绝模式、网络拒绝模式或盲模式中的一者。

28.根据权利要求21所述的装置，其中，所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集基于根据分配给所述磁导航设备中的一个或多个的一个或多个信任系数对一个或多个磁测量的加权来生成。

29.根据权利要求21所述的装置，其中，所述区域磁数据集中的第一区域磁数据集部分地通过对所述磁测量的相似性相关分析来生成，其中，所述磁测量是在一段时间内收集的。

30.根据权利要求21所述的装置，其中，来自所述磁导航设备中的一个磁导航设备的磁测量中的一个或多个中的每一个包括：

所述磁导航设备的标识符；

指示所述轨迹的开始时间的时间戳。

31.一种系统，包括：

用于在标测服务器处从多个区域服务器接收多个区域磁数据集的装置，其中：

所述区域服务器中的每一个对应于多个地理区域中的一个；

用于在所述标测服务器处利用所述区域磁数据集中的一个或多个更新地磁地图的装置，其中，所述地磁地图包括所述地理区域中的一个或多个；以及

用于从所述标测服务器将更新的地磁地图的一个或多个部分传送到所述区域服务器中的一个或多个，以作为地磁地图信息分发给所述磁导航设备中的一个或多个以用于定位或导航的装置。