使用旋轉(zhuǎn)半徑確定設(shè)備與船只之間的錯(cuò)位的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本公開涉及一種使用設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑的，用于確定設(shè)備和平臺(tái)(諸如例如船只或車輛)之間錯(cuò)位的方法和裝置，其中該設(shè)備的移動(dòng)性可以被約束或非約束在平臺(tái)中。該設(shè)備可以在平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)或向任何方向傾斜，且仍然提供無縫導(dǎo)航解決方案而不降低此導(dǎo)航解決方案的性能。此方法可以利用來自傳感器(諸如例如，加速度計(jì)、陀螺儀等)的測(cè)量(讀數(shù))，不論導(dǎo)航信息的更新(諸如例如，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)或WiFi定位)存在或缺失。
【專利說明】
使用旋轉(zhuǎn)半徑確定設(shè)備與船只之間的錯(cuò)位的方法和裝置
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/878,336的權(quán)益，該專 利申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及一種用于確定設(shè)備和平臺(tái)（諸如例如船只或車輛)之間錯(cuò)位的方法和 裝置，其中該設(shè)備的移動(dòng)性可以被約束或非約束在平臺(tái)中。
【背景技術(shù)】
[0004]平臺(tái)的慣性導(dǎo)航是基于比力（specific force)和角速度的集成，該力和角速度由 慣性傳感器(例如，加速度計(jì)、陀螺儀)和包含該傳感器的設(shè)備所測(cè)量。一般地，該設(shè)備被置 于平臺(tái)內(nèi)部，并通常捆綁至該平臺(tái)。來自設(shè)備的此種測(cè)量可以用來確定該設(shè)備和/或平臺(tái)的 位置、速度和姿態(tài)。
[0005] 該平臺(tái)可以是可能臨時(shí)靜止的能夠運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)。一些平臺(tái)的示例可以是任何類型 的車輛或船只。該船只可以是基于陸地上的、海上的或空中的。
[0006] 平臺(tái)內(nèi)的慣性傳感器的對(duì)齊(與該平臺(tái)的前向、橫向和垂直軸)對(duì)慣性導(dǎo)航是關(guān)鍵 的。如果慣性傳感器(如加速度計(jì)和陀螺儀)沒有與該平臺(tái)完全對(duì)齊，使用慣性傳感器的讀 數(shù)所計(jì)算的位置和姿態(tài)將不能代表平臺(tái)。因而，修理平臺(tái)內(nèi)的慣性傳感器是提供高精準(zhǔn)導(dǎo) 航解決方案的導(dǎo)航系統(tǒng)的要求。
[0007] 對(duì)于捆綁系統(tǒng)，用于確保最優(yōu)導(dǎo)航解決方案的一個(gè)已知手段是利用在平臺(tái)內(nèi)慣性 傳感器的仔細(xì)的手動(dòng)安裝。然而，便攜式導(dǎo)航設(shè)備(或具有導(dǎo)航能力的設(shè)備)能夠移動(dòng)，不論 是在平臺(tái)中（諸如例如在船只或車輛)被約束或非約束，所以仔細(xì)安裝絕非良策。
[0008] 現(xiàn)有便攜式導(dǎo)航設(shè)備(或具有導(dǎo)航能力的設(shè)備)不能獲得平臺(tái)的準(zhǔn)確姿態(tài)和位置， 除非已知下列三個(gè)條件中的至少一個(gè)：
[0009] 1)設(shè)備和平臺(tái)的絕對(duì)姿態(tài)角；
[0010] 2)設(shè)備的絕對(duì)姿態(tài)角以及設(shè)備與平臺(tái)之間的錯(cuò)位;或
[0011] 3)平臺(tái)的絕對(duì)姿態(tài)角、以及設(shè)備與平臺(tái)之間的錯(cuò)位。
[0012] 上述第一選擇至少需要兩個(gè)傳感器組件，一個(gè)在設(shè)備上和一個(gè)在平臺(tái)上，因而錯(cuò) 位的了解是在沒有先前提到的約束的情況下啟用便攜式導(dǎo)航設(shè)備的關(guān)鍵因素。
[0013] 對(duì)于導(dǎo)航，手機(jī)/智能電話，由于配備了輔助全球定位系統(tǒng)(AGPS)芯片組，變得十 分流行，該芯片組(在通過利用網(wǎng)絡(luò)連接，顯著提高啟動(dòng)性能的基礎(chǔ)上）也進(jìn)一步使用高靈 敏度能力來提供平臺(tái)的絕對(duì)位置，即便在一些對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)不能保證清晰視線的環(huán)境中。 深戶內(nèi)或挑戰(zhàn)的戶外(不能利用AGPS解決方案的地方)導(dǎo)航或定位包括蜂窩塔架ID或(如果 可能的話)用于定位的塔架三邊測(cè)量。盡管這兩種已經(jīng)出現(xiàn)在很多移動(dòng)設(shè)備的定位方法中， 但準(zhǔn)確的室內(nèi)定位仍提出挑戰(zhàn)并且未能滿足當(dāng)今的基于位置的服務(wù)(LBS)的準(zhǔn)確度要求。 此外，這些方法僅可提供平臺(tái)的絕對(duì)航向（heading)而沒有關(guān)于設(shè)備的航向的任何信息。
[0014] 許多移動(dòng)設(shè)備(諸如，移動(dòng)電話)配備有主要用于屏幕控制和娛樂應(yīng)用的微機(jī)電系 統(tǒng)(MEMS)傳感器。這些傳感器，由于非常高的噪聲、大的隨機(jī)漂移率和相對(duì)于承載平臺(tái)的頻 繁改變的取向，目前還沒有被廣泛用于導(dǎo)航目的。
[0015] 在很多移動(dòng)設(shè)備內(nèi)也可以找到磁力計(jì)。在某些情況下，已表明如果用戶足夠小心 保持設(shè)備相對(duì)于其身體的特定取向（諸如當(dāng)在校準(zhǔn)磁力計(jì)之后小心保持在用戶前面時(shí)），使 用加速度計(jì)和磁力計(jì)的導(dǎo)航解決方案也許是可能的。
[0016] 因此，存在能夠精準(zhǔn)地利用來自平臺(tái)內(nèi)的設(shè)備的測(cè)量的導(dǎo)航解決方案的需求，以 確定設(shè)備/平臺(tái)的導(dǎo)航狀態(tài)，而沒有平臺(tái)上的約束（即，室內(nèi)或室外環(huán)境)或設(shè)備的移動(dòng)。平 臺(tái)的位置和姿態(tài)的估計(jì)必須獨(dú)立于設(shè)備的使用（例如，導(dǎo)航期間在平臺(tái)內(nèi)放置或移動(dòng)設(shè)備 的方式）。在上面的場(chǎng)景中，設(shè)備可以在平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)或向任何方向傾斜，即便在如此場(chǎng)景中 需要設(shè)備提供無縫導(dǎo)航。這再次強(qiáng)調(diào)了設(shè)備和平臺(tái)之間錯(cuò)位的關(guān)鍵的重要性，讓設(shè)備能在 相對(duì)于平臺(tái)的任何方向中使用。
[0017] 因此，對(duì)于使用設(shè)備的導(dǎo)航，要求緩解此問題的方法，其中設(shè)備的移動(dòng)可以約束或 非約束于平臺(tái)內(nèi)部，并且其中設(shè)備可以在平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)或向任何方向傾斜。
[0018] 除了上面提到的便攜式設(shè)備的應(yīng)用(該應(yīng)用包括完整的導(dǎo)航解決方案，包括位置、 速度和姿態(tài)、或位置和姿態(tài))之外，還有其它應(yīng)用(其可包括估計(jì)完整的導(dǎo)航解決方案，或僅 姿態(tài)解決方案或姿態(tài)和速度解決方案），其中對(duì)于增強(qiáng)用戶體驗(yàn)和可用性，需要緩解上述問 題的方法，并且可應(yīng)用于多個(gè)場(chǎng)景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本公開涉及一種使用設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑的，用于確定設(shè)備和平臺(tái)（諸如例如船只或 車輛)之間錯(cuò)位的方法和裝置，其中該設(shè)備的移動(dòng)性可以被約束或非約束在平臺(tái)中。該設(shè)備 可以在平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)或向任何方向傾斜，且仍然提供無縫導(dǎo)航解決方案而不降低此導(dǎo)航解決 方案的性能。傳感器具有用于傳感器軸的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系。設(shè)備和平臺(tái)之間的錯(cuò)位對(duì)應(yīng)于設(shè)備 中的傳感器組件的坐標(biāo)系與平臺(tái)的坐標(biāo)系之間的錯(cuò)位。此方法可以利用來自傳感器(諸如 例如加速度計(jì)、陀螺儀等）的測(cè)量(讀數(shù)），不論導(dǎo)航信息的更新(諸如，例如，全球?qū)Ш叫l(wèi)星 系統(tǒng)(GNSS)或WiFi定位)存在或缺失。
[0020] 本方法和裝置可被用于計(jì)算覆蓋整個(gè)錯(cuò)位空間的連續(xù)錯(cuò)位角度，而不只是此角度 的離散值或預(yù)定值。進(jìn)一步，本方法可以和相對(duì)于平臺(tái)的不同設(shè)備使用和方向工作。
[0021 ]所述方法包括下列步驟：
[0022] a)計(jì)算設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑。這個(gè)可以通過使用陀螺儀和加速度計(jì)讀數(shù)，或其平滑、平 均或?yàn)V波的版本來達(dá)成。該計(jì)算的旋轉(zhuǎn)半徑也可以或可以不用經(jīng)受平滑、平均或?yàn)V波。
[0023] b)通過過檢查如下所列，檢查小的旋轉(zhuǎn)半徑：（i)旋轉(zhuǎn)半徑，（ii)旋轉(zhuǎn)半徑的緩沖 歷史，（iii)平滑、平均或?yàn)V波版本的旋轉(zhuǎn)半徑，或（iv)平滑、平均或?yàn)V波版本的旋轉(zhuǎn)半徑的 緩沖歷史。
[0024] c)使用來自b)的信息來識(shí)別和辨別設(shè)備航向中的改變是否是因?yàn)槠脚_(tái)或船只內(nèi) 的設(shè)備自身的轉(zhuǎn)向，還是因?yàn)榘ㄔ撛O(shè)備的平臺(tái)或船只的轉(zhuǎn)向。來自b)的信息可以為了此 識(shí)別而單獨(dú)使用，或者其可以用于與其他傳感器的讀數(shù)或從其獲取的數(shù)量的結(jié)合，諸如例 如陀螺儀讀數(shù)的大小。
[0025] d)如果設(shè)備航向改變是因?yàn)槠脚_(tái)或船只內(nèi)的設(shè)備自身的轉(zhuǎn)向，依據(jù)c)中的識(shí)別調(diào) 整錯(cuò)位。此情況中設(shè)備航向改變?yōu)殄e(cuò)位改變。
[0026] 在某些實(shí)施例中，可以使用可選例程來再次檢查通過以上方法檢測(cè)出的錯(cuò)位改變 是否為合理的改變，而不是噪聲或(來自已經(jīng)檢測(cè)的改變的）多余的檢測(cè)，并且防范此類情 況。
[0027] 在某些實(shí)施例中，可以使用可選例程，其對(duì)由本文的方法提供的錯(cuò)位和用于確定 設(shè)備與平臺(tái)或船只之間的錯(cuò)位的一個(gè)或更多其他方法進(jìn)行結(jié)合。
[0028] 可使用這些可選例程中的任一個(gè)或任何組合。
[0029]概括地說，在某些實(shí)施例中，使用設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑來確定設(shè)備和平臺(tái)之間錯(cuò)位的 方法和設(shè)備，其中該設(shè)備包括能夠提供傳感器讀數(shù)的傳感器，和計(jì)算設(shè)備航向角度的裝置， 該方法包括以下步驟:a)從傳感器讀數(shù)計(jì)算設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑;b)確定該旋轉(zhuǎn)半徑是否為小 的旋轉(zhuǎn)半徑;c)通過使用旋轉(zhuǎn)半徑是否為小的旋轉(zhuǎn)半徑的確定，識(shí)別設(shè)備航向角度中的改 變是否由平臺(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向引起，還是由包括設(shè)備的平臺(tái)的轉(zhuǎn)向引起;和d)如果設(shè)備航 向角度的改變是因?yàn)槠脚_(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向，調(diào)整錯(cuò)位，在所述的情況中設(shè)備航向角度中的 改變是用于調(diào)整錯(cuò)位的檢測(cè)到的錯(cuò)位改變。
【附圖說明】
[0030]圖1示出了設(shè)備的靈敏軸(a)，以及設(shè)備和平臺(tái)之間的錯(cuò)位的一個(gè)實(shí)施例的描繪， 其中該平臺(tái)為車輛(b);和
[0031 ]圖2是本方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本公開涉及一種使用設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑的，用于確定設(shè)備和平臺(tái)（諸如例如船只或 車輛)之間錯(cuò)位的方法和裝置，其中該設(shè)備的移動(dòng)性可以被約束或非約束在平臺(tái)中。該設(shè)備 可以在平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)或向任何方向傾斜，且仍然提供無縫導(dǎo)航解決方案而不降低此導(dǎo)航解決 方案的性能。傳感器具有傳感器的軸的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系。設(shè)備和平臺(tái)之間的錯(cuò)位對(duì)應(yīng)于設(shè)備中 的傳感器組件的坐標(biāo)系與平臺(tái)的坐標(biāo)系之間的錯(cuò)位。此方法可以利用來自傳感器(諸如例 如加速度計(jì)、陀螺儀等）的測(cè)量(讀數(shù)），不論導(dǎo)航信息的更新(諸如，例如，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系 統(tǒng)(GNSS)或WiFi定位)存在或缺失。
[0033] 該平臺(tái)是可能臨時(shí)靜止的能夠運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)。一些平臺(tái)的示例可以是任何類型的車 輛或船只。該船只可以是基于陸地上的、海上的或空中的。
[0034] 絕對(duì)導(dǎo)航信息是與導(dǎo)航和/或定位有關(guān)的信息，并且由"基于參考"的系統(tǒng)所提供， 該"基于參考"的系統(tǒng)依賴于諸如例如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)之類的外部信息源。另一方 面，自包含的導(dǎo)航信息是與導(dǎo)航和/或定位有關(guān)的信息，并由設(shè)備/平臺(tái)內(nèi)的自包含和/或 "非基于參考"的系統(tǒng)來提供，并且因而不必依賴于可能中斷或阻塞的外部信息源。自包含 信息的示例是來自運(yùn)動(dòng)傳感器(如加速度計(jì)和陀螺儀)的讀數(shù)。
[0035] 本方法和裝置可被用于計(jì)算覆蓋整個(gè)錯(cuò)位空間的連續(xù)錯(cuò)位角度，而不只是此角度 的離散值或預(yù)定值。進(jìn)一步，本方法可以和相對(duì)于平臺(tái)的不同設(shè)備使用和方向工作。
[0036] 應(yīng)當(dāng)注意，本方法可以用于各種應(yīng)用，該應(yīng)用包括但不限制于包含導(dǎo)航解決方案 的如下應(yīng)用：
[0037] ?位置、速度和姿態(tài)，或 [0038] ?僅位置和姿態(tài)，
[0039]或部分導(dǎo)航解決方案，包括：
[0040] ?僅姿態(tài)和速度，或
[0041] ?僅姿態(tài)。
[0042]在正常使用期間，設(shè)備（例如，便攜式電話）的姿態(tài)自由地改變。事實(shí)上，此設(shè)備通 常經(jīng)歷沿著其任何主軸（即，X軸、y軸和Z軸）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在圖1中定義這樣的軸，其中設(shè)備 的前向軸被定義為X軸，垂直或z軸向下指向，并且橫向軸或y軸以完成右手坐標(biāo)系的方式進(jìn) 行定義。
[0043]平臺(tái)內(nèi)設(shè)備的方向不代表平臺(tái)的方向。該設(shè)備可經(jīng)歷相對(duì)于平臺(tái)，沿其任何主軸 的任何數(shù)量的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)備的這些旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不表明平臺(tái)正在經(jīng)歷相同的取向變化。例如， 平臺(tái)可在水平化的2D平面上移動(dòng)，而設(shè)備可能正在經(jīng)歷任意數(shù)量的可能的橫搖角和俯仰 角。圖1示出了非捆綁設(shè)備和示例平臺(tái)（機(jī)動(dòng)車輛)之間的可能的關(guān)系。
[0044]設(shè)備包括能夠提供傳感器讀數(shù)的傳感器和可使用來處理本方法的處理器。典型的 設(shè)備包括三軸加速度計(jì)，其用于測(cè)量沿著每一個(gè)靈敏軸（即，X軸、y軸和Z軸）的加速度或比 力。該設(shè)備可包含其它傳感器，諸如例如，陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)以及其它。
[0045] 橫搖被定義為設(shè)備沿著前向X軸的旋轉(zhuǎn)，而俯仰是沿著橫向y軸的旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樵O(shè)備 用戶根據(jù)需要自由旋轉(zhuǎn)該設(shè)備，所以設(shè)備可具有相對(duì)于平臺(tái)的橫搖、俯仰和方位(航向）的 若干變化。
[0046] 本方法用來確定設(shè)備和平臺(tái)之間的錯(cuò)位角度，包括下列步驟：
[0047] a)計(jì)算設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑。這個(gè)可以通過使用陀螺儀和加速度計(jì)讀數(shù)，或其平滑、平 均或?yàn)V波的版本來達(dá)成。陀螺儀和加速度計(jì)讀數(shù)可以或可以不用被補(bǔ)償其誤差，諸如偏差， 如果此誤差值在諸如例如從導(dǎo)航解決方案的其他中可用。該計(jì)算的旋轉(zhuǎn)半徑也可以或可以 不用經(jīng)受平滑、平均或?yàn)V波。
[0048] b)通過檢查如下所列，檢查小的旋轉(zhuǎn)半徑：（i)旋轉(zhuǎn)半徑，（ii)旋轉(zhuǎn)半徑的緩沖歷 史，（i ii)平滑、平均或?yàn)V波版本的旋轉(zhuǎn)半徑，或(iv)平滑、平均或?yàn)V波版本的旋轉(zhuǎn)半徑的緩 沖歷史。
[0049] c)使用來自b)的信息來識(shí)別和辨別設(shè)備航向中的改變是否是因?yàn)槠脚_(tái)或船只內(nèi) 的設(shè)備自身的轉(zhuǎn)向，還是因?yàn)榘ㄔ撛O(shè)備的平臺(tái)或船只的轉(zhuǎn)向。來自b)的信息可以為了此 識(shí)別而單獨(dú)使用，或者其可以用于與其他傳感器的讀數(shù)或從其推導(dǎo)出的數(shù)量的結(jié)合，諸如 例如陀螺儀讀數(shù)的大小。
[0050] d)如果設(shè)備航向改變是因?yàn)槠脚_(tái)或船只內(nèi)的設(shè)備自身的轉(zhuǎn)向，依據(jù)C)中的識(shí)別調(diào) 整錯(cuò)位置。此情況意味著設(shè)備航向改變?yōu)殄e(cuò)位改變。在某些實(shí)施例中，設(shè)備航向的緩沖歷史 用來計(jì)算錯(cuò)位改變。
[0051] 在某些實(shí)施例中，可以使用可選例程來再次檢查，通過以上方法檢測(cè)出的錯(cuò)位改 變是否為合理的改變，而不是噪聲或(來自已經(jīng)檢測(cè)的改變的）多余的檢測(cè)，并且防范此類 情況。在某些實(shí)施例中，保護(hù)是通過旋轉(zhuǎn)半徑的緩沖歷史和檢測(cè)的錯(cuò)位改變的緩沖歷史。在 這些實(shí)施例的另一組中，保護(hù)是通過使用（在合理的改變后的）時(shí)間閾值的基于時(shí)間的保 護(hù)，來避免多余的檢測(cè)。
[0052]在某些實(shí)施例中，可以使用可選例程，其對(duì)由本文的方法提供的錯(cuò)位和用于確定 設(shè)備與平臺(tái)或船只之間的錯(cuò)位的一個(gè)或更多其他方法進(jìn)行結(jié)合。在某些實(shí)施例中，來自不 同方法所計(jì)算的錯(cuò)位的結(jié)合可以通過使用任何平均、平滑或?yàn)V波技術(shù)來實(shí)現(xiàn);可以使用的 濾波技術(shù)的一個(gè)示例是卡爾曼(Kalman)濾波。
[0053] 可使用這些可選例程中的任一個(gè)或任何組合。
[0054]在圖2中示出了本專利中所描述的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖?？蛇x的部分用虛 線和虛線框標(biāo)記。
[0055] 本文呈現(xiàn)的方法和裝置可以和任何導(dǎo)航解決方案(獨(dú)立于本導(dǎo)航解決方案中使用 的情形估計(jì)和濾波技術(shù)的類型）結(jié)合。情形估計(jì)技術(shù)可以是線性的、非線性的或其組合。導(dǎo) 航解決方案中使用的不同示例可以依賴于卡爾曼濾波器、擴(kuò)展的卡爾曼濾波器、諸如粒子 濾波器等的非線性濾波器，或諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊系統(tǒng)的人工智能技術(shù)。導(dǎo)航解決方案中 使用的情形估計(jì)技術(shù)可以使用任何類型的系統(tǒng)和/或測(cè)量模型。導(dǎo)航解決方案可以遵循用 于集成不同傳感器和系統(tǒng)的任何模式，諸如例如松耦合集成模式或緊耦合集成模式等等。 導(dǎo)航解決方案可以利用建模(使用線性或非線性、短存儲(chǔ)器長(zhǎng)度或長(zhǎng)存儲(chǔ)器長(zhǎng)度)和/或針 對(duì)所使用的慣性傳感器和/或其他傳感器的誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。
[0056] 本方法可以與運(yùn)輸技術(shù)的模式和模式檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，來建立運(yùn)輸模式。這讓諸如 例如步行和駕駛等等可能模式的不同場(chǎng)景的能夠辨別。
[0057]構(gòu)想的實(shí)施例
[0058]本公開描述了身體坐標(biāo)系是X前向、y朝身體的右側(cè)為正，且z軸向下為正。可以構(gòu) 想，任何身體坐標(biāo)系定義可被用于本文中所描述的方法和裝置的應(yīng)用。
[0059] 構(gòu)想了以上呈現(xiàn)的方法可以與導(dǎo)航解決方案一起使用，該導(dǎo)航解決方案可以選擇 性地利用自動(dòng)零速度期間或靜止期間檢測(cè)，用其可能的更新和慣性傳感器偏置重新計(jì)算、 非完整更新模塊、慣性傳感器誤差的高級(jí)建模和/或校準(zhǔn)、從GNSS中（在適當(dāng)時(shí))推導(dǎo)出慣性 傳感器誤差的可能測(cè)量更新、GNSS解決方案質(zhì)量的自動(dòng)評(píng)估以及檢測(cè)降級(jí)的性能、在松和 緊耦合集成模式之間自動(dòng)切換、每一可見GNSS衛(wèi)星的評(píng)估(在處于緊耦合模式時(shí)）、并最終 可能可與具有任何類型的后向平滑技術(shù)的后向平滑模塊一起使用，并且在任務(wù)后或在同一 任務(wù)內(nèi)的緩沖數(shù)據(jù)上的后臺(tái)中運(yùn)行。
[0060] 進(jìn)一步構(gòu)想了以上呈現(xiàn)的方法也可與以下導(dǎo)航解決方案一起使用：該導(dǎo)航解決方 案被進(jìn)一步編程以在后臺(tái)運(yùn)行例程來模擬絕對(duì)導(dǎo)航信息的人工中斷，并估計(jì)用于本導(dǎo)航模 塊中的解決方案的情形估計(jì)技術(shù)的另一實(shí)例的參數(shù)以優(yōu)化該解決方案的精確性和一致性。 精確性和一致性通過將模擬中斷期間的臨時(shí)后臺(tái)解決方案與基準(zhǔn)解決方案進(jìn)行比較來評(píng) 估。基準(zhǔn)解決方案可以是以下示例之一：絕對(duì)導(dǎo)航信息（例如，GNSS)、集成可用傳感器與絕 對(duì)導(dǎo)航信息(例如，GNNS)并且可能具有可任選的速率或速度讀數(shù)的設(shè)備中的向前集成導(dǎo)航 解決方案、集成可用傳感器與絕對(duì)導(dǎo)航信息（例如，GNNS)并且可能具有可任選的速率或速 度讀數(shù)的向后平滑集成導(dǎo)航解決方案。后臺(tái)處理可以在與前向解決方案處理相同的處理器 上運(yùn)行，或在可與第一處理器通信并可從共享位置讀取保存數(shù)據(jù)的另一處理器上運(yùn)行。后 臺(tái)處理解決方案的結(jié)果可以使實(shí)時(shí)導(dǎo)航解決方案在其將來運(yùn)行中獲益（即，在后臺(tái)例程已 完成運(yùn)行之后的實(shí)時(shí)運(yùn)行），例如，具有用于本模塊導(dǎo)航的前向情形估計(jì)技術(shù)的參數(shù)的改進(jìn) 的值。
[0061] 進(jìn)一步構(gòu)想了以上呈現(xiàn)的方法也可與導(dǎo)航解決方案一起使用，該導(dǎo)航解決方案進(jìn) 一步與地圖（諸如街道地圖、室內(nèi)地圖或模型，或任何其他環(huán)境地圖或模型，在具有這樣的 地圖或模型可用的應(yīng)用的情況下）以及地圖匹配或模型匹配例程集成。地圖匹配或模型匹 配可在絕對(duì)導(dǎo)航信息(諸如GNNS)降級(jí)或中斷期間進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)航解決方案。在模型匹配的 情況下，獲取與環(huán)境有關(guān)的信息的傳感器或傳感器群可被使用，諸如例如激光測(cè)距器、相機(jī) 以及視覺系統(tǒng)或聲納系統(tǒng)。這些新系統(tǒng)可被用作額外幫助來在絕對(duì)導(dǎo)航信息問題（降級(jí)或 缺失)期間增強(qiáng)導(dǎo)航解決方案的精準(zhǔn)性，或者在一些應(yīng)用中，它們可以完全替代絕對(duì)導(dǎo)航信 息。
[0062] 進(jìn)一步構(gòu)想了以上呈現(xiàn)的方法也可與導(dǎo)航解決方案一起使用，該導(dǎo)航解決方案， 在按緊耦合模式或混合松/緊耦合選項(xiàng)工作時(shí)，不必被限于利用偽距測(cè)量(它們是根據(jù)代碼 而非載波相位來計(jì)算的，因而它們被稱為基于代碼的偽距)和多普勒(Doppler)測(cè)量（用來 獲得偽距速率）ANSS接收器的載波相位測(cè)量也可被使用，例如：（i)作為替換方式來計(jì)算距 離以代替基于代碼的偽距，或（ii)通過合并來自基于代碼的偽距和載波相位的測(cè)量來增強(qiáng) 距離計(jì)算;這樣的增強(qiáng)是載波平滑的偽距。
[0063] 進(jìn)一步構(gòu)想了以上呈現(xiàn)的方法也可與導(dǎo)航解決方案一起使用，該導(dǎo)航解決方案依 賴于GNSS接收器與其他傳感器的讀數(shù)之間的超緊密集成模式。
[0064] 進(jìn)一步構(gòu)想，以上所呈現(xiàn)的方法和裝置還可與以下導(dǎo)航解決方案一起使用，該導(dǎo) 航解決方案使用也可被用于定位和導(dǎo)航的各種無線通信系統(tǒng)作為附加輔助(其在GNSS不可 用時(shí)將是更有益的）或作為GNSS信息的替代(例如，對(duì)于GNSS不適用的應(yīng)用）。用于定位的這 些無線通信系統(tǒng)的示例是諸如由蜂窩電話塔和信號(hào)、無線電信號(hào)、數(shù)字電視機(jī)信號(hào)、WiFi或 Wimax提供的那些系統(tǒng)。例如，對(duì)于基于蜂窩電話的應(yīng)用，來自蜂窩電話塔的絕對(duì)坐標(biāo)和室 內(nèi)用戶與塔之間的距離可被用于定位，藉此可通過不同的方法來估計(jì)距離，在這些方法中 計(jì)算到達(dá)時(shí)間或最接近蜂窩電話定位坐標(biāo)的到達(dá)時(shí)間差。稱為增強(qiáng)觀察時(shí)間戳(E-0TD)的 方法可被用來獲得已知的坐標(biāo)和距離。距離測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差可依賴于蜂窩電話中使用的振蕩 器的類型以及蜂窩塔定時(shí)裝備和傳輸損失。WiFi定位可以按各種方式來完成，包括但不限 于到達(dá)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間差、到達(dá)角、收到信號(hào)強(qiáng)度、以及指紋技術(shù)，以及其他;所有這些方法 提供不同程度的準(zhǔn)確度。用于定位的無線通信系統(tǒng)可以使用不同技術(shù)來對(duì)測(cè)距、角度、或信 號(hào)強(qiáng)度中的誤差進(jìn)行建模，并且可以使用不同的多路徑減輕技術(shù)。所有上述概念以及其他 也可按類似的方式來應(yīng)用于基于無線通信系統(tǒng)的其他無線定位技術(shù)。
[0065] 進(jìn)一步構(gòu)想，以上所呈現(xiàn)的方法還可與利用來自其它移動(dòng)設(shè)備的輔助信息的導(dǎo)航 解決方案一起使用。這一輔助信息可被用作附加輔助(在GNSS不可用時(shí)將更有益處)或作為 GNSS信息的替換(例如，對(duì)于基于GNSS的定位不適用的應(yīng)用）。來自其他設(shè)備的輔助信息的 一個(gè)示例可以依賴于不同設(shè)備之間的無線通信系統(tǒng)。底層概念是具有更好定位或?qū)Ш浇鉀Q 方案的設(shè)備(例如，具有帶良好可用性和精準(zhǔn)度的GNSS)可幫助具有降級(jí)的或不可用的GNSS 的設(shè)備獲的改進(jìn)的定位或?qū)Ш浇鉀Q方案。這一幫助依賴于輔助設(shè)備的公知位置以及用于定 位具有降級(jí)的或不可用GNSS的設(shè)備的無線通信系統(tǒng)。這一所構(gòu)想的變型涉及以下情況之一 或兩者：（i)具有降級(jí)的或不可用GNSS的設(shè)備利用本文描述的方法并獲得來自其他設(shè)備和 通信系統(tǒng)的輔助，（ii)具有可用GNSS并且因而具有良好導(dǎo)航解決方案的輔助設(shè)備利用本文 描述的方法。用于定位的無線通信系統(tǒng)可依賴于不同通信協(xié)議，并且它可依賴于不同方法， 諸如例如到達(dá)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間差、到達(dá)角和收到信號(hào)強(qiáng)度等等。用于定位的無線通信系統(tǒng)可 以使用不同技術(shù)來對(duì)來自無線信號(hào)的測(cè)距和/或角度中的誤差進(jìn)行建模，并且可以使用不 同的多徑緩解技術(shù)。
[0066] 構(gòu)想了以上呈現(xiàn)的方法也可與本文描述的作為示例描述的基于MEMS的傳感器之 外的各種類型的慣性傳感器一起使用。
[0067] 不對(duì)上述描述作出任何限制，以上呈現(xiàn)的實(shí)施例通過以下示例進(jìn)一步演示。
[0068] 示例
[0069]這個(gè)示例是為了展示可能的技術(shù)來計(jì)算目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)半徑"r"，已知其角速度"ω"， 角加速度"?%平移加速度"Α"；角速度和角加速度二者都可以從陀螺儀傳感器的讀數(shù)獲得， 而平移加速度可以從加速度計(jì)傳感器的讀數(shù)移除重力分量后獲得。
[0070] 可選擇地，陀螺儀和加速度計(jì)讀數(shù)可以為平滑的、平均的或?yàn)V波的，諸如例如在使 用陀螺儀讀數(shù)歷史之前將其平滑或平均，來計(jì)算角加速度。
[0071] 可選擇地，陀螺儀和加速度計(jì)讀數(shù)可以或可以不用被補(bǔ)償誤差，諸如偏差，如果此 誤差值在諸如例如從導(dǎo)航解決方案的其他中可用。
[0072] 等式(1)示出目標(biāo)的平移速度"V"和旋轉(zhuǎn)速度"ω"之間的關(guān)系
[0073] V= ω XR (1)
[0074] 其中：
[0075] V:平移速度向量
[0076] ω:角速度向量
[0077] R:旋轉(zhuǎn)向量的半徑
[0078]將等式（1)微分，
[0080]其中：
[00811 Α:平移加速度向量
[0082] ?:角加速度向量
[0083] I:單位矩陣
[0084] 且
[0086]然后，在等式(2)兩邊從左都乘以{[ωχ] -liofmr1，已知目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)半徑可以因 此被計(jì)算，如下等式所示
[0088]且
[0090] 其中：Rx、Ry和Rz是向量R分別在χ軸、y軸和z軸方向的三個(gè)分量。上述實(shí)施例和技術(shù) 可以在軟件中被實(shí)施為各種互連的功能塊或不同的軟件模塊。然而，這不是必須的，并且可 以存在以下情況:這些功能塊或模塊等同地聚集進(jìn)入成具有不清晰邊界的單個(gè)邏輯器件、 程序或操作。在任何情況下，實(shí)現(xiàn)上述各實(shí)施例或接口的各特征的功能塊和軟件模塊可由 它們本身來實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合其他硬件或軟件操作來實(shí)現(xiàn)，被完全實(shí)現(xiàn)在設(shè)備內(nèi)或結(jié)合該設(shè)備 以及與該設(shè)備通信的其他啟用處理器的設(shè)備(如服務(wù)器)來實(shí)現(xiàn)。
[0091] 雖然已經(jīng)示出并描述了幾個(gè)實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，可對(duì)這些實(shí)施例 作出各種改變和修改而不改變或背離它們的范圍、意圖或功能。在上述說明書中使用的術(shù) 語和表達(dá)在本文中用作描述而非限制的術(shù)語，并且使用這些術(shù)語和表達(dá)不旨在排除所示出 并描述的特征或其各部分的等效方案，要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明只有所附權(quán)利要求書來定義和限 定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑來確定設(shè)備和平臺(tái)之間錯(cuò)位的方法，其特征在于，所述設(shè) 備包括能夠提供傳感器讀數(shù)的傳感器，和計(jì)算所述設(shè)備航向角度的裝置，所述方法包括以 下步驟： a) 從所述傳感器讀數(shù)計(jì)算所述設(shè)備的所述旋轉(zhuǎn)半徑； b) 確定所述旋轉(zhuǎn)半徑是否為小的旋轉(zhuǎn)半徑； c) 通過使用所述旋轉(zhuǎn)半徑是否為小的旋轉(zhuǎn)半徑的所述確定，識(shí)別設(shè)備航向角度中的改 變是否由所述平臺(tái)內(nèi)的所述設(shè)備的轉(zhuǎn)向引起，還是由包括所述設(shè)備的所述平臺(tái)的轉(zhuǎn)向引 起;且 d) 如果所述設(shè)備航向角度的改變是因?yàn)樗銎脚_(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向，調(diào)整所述錯(cuò)位，并 且如果設(shè)備航向角度的改變是因?yàn)樗銎脚_(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向，所述設(shè)備航向角度中的改變 是用于調(diào)整錯(cuò)位的檢測(cè)到的錯(cuò)位改變。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在缺失絕對(duì)導(dǎo)航信息中可用。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在絕對(duì)導(dǎo)航信息可獲得時(shí)可用。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述設(shè)備包括陀螺儀和加速度計(jì)。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)半徑的計(jì)算使用來自所述陀螺儀和 加速度計(jì)的讀數(shù)。6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)半徑的計(jì)算使用來自所述陀螺儀和 加速度計(jì)的讀數(shù)的平滑的版本來達(dá)成。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述來自所述陀螺儀和加速度計(jì)的讀數(shù)的平 滑的版本通過下列技術(shù)之一來獲得:（i)平均技術(shù)，或（i i)濾波技術(shù)。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括平滑所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)半徑。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，平滑所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)半徑通過下列技術(shù)之一來 獲得:（i)平均技術(shù)，或（i i)濾波技術(shù)。10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)半徑是否為小的旋轉(zhuǎn)半徑的確定 使用下列之一：（i)所述旋轉(zhuǎn)半徑的計(jì)算的值，（ii)所述旋轉(zhuǎn)半徑的緩沖歷史，（iii)所述旋 轉(zhuǎn)半徑的平滑版本，或（iv)所述旋轉(zhuǎn)半徑的緩沖歷史的平滑版本。11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述設(shè)備航向中的所述改變是否由所述平 臺(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向引起，還是由包括所述設(shè)備的所述平臺(tái)的轉(zhuǎn)向引起的確定使用下列信息 之一 ：（i)單獨(dú)的所述旋轉(zhuǎn)半徑，或（ii)所述旋轉(zhuǎn)半徑和從所述傳感器讀數(shù)獲得的其他信 息。12. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述設(shè)備航向中的所述改變是否由所述平 臺(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向引起，還是由包括所述設(shè)備的所述平臺(tái)的轉(zhuǎn)向引起的確定使用下列信息 之一 ：（i)單獨(dú)的所述旋轉(zhuǎn)半徑，或（ii)所述旋轉(zhuǎn)半徑和所述陀螺儀讀數(shù)的大小。13. 如權(quán)利要求1、5、6、8、10、11或12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括確 定所檢測(cè)的錯(cuò)位改變是否為合理的。14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括確定所檢測(cè)的錯(cuò)位改 變是否為噪聲，并且防范此檢測(cè)的錯(cuò)位改變。15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括確定所檢測(cè)的錯(cuò)位改 變是否為來自先前檢測(cè)的錯(cuò)位改變的多余的檢測(cè)，并且防范此檢測(cè)的錯(cuò)位改變。16. 如權(quán)利要求1、5、6、8、10、11、12或13所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括 將所確定的錯(cuò)位與用來確定所述設(shè)備和所述平臺(tái)之間的錯(cuò)位的技術(shù)結(jié)合。17. -種擁有在平臺(tái)內(nèi)約束或非約束移動(dòng)性的設(shè)備，所述設(shè)備包括： a. 能夠提供傳感器讀數(shù)的傳感器;和 b. 至少一個(gè)處理器，所述處理器被耦合成接收來自所述傳感器的讀數(shù)，并且可操作以 確定所述設(shè)備和所述平臺(tái)之間的錯(cuò)位，其中所述處理器可操作以： i) 從所述傳感器讀數(shù)計(jì)算所述設(shè)備的旋轉(zhuǎn)半徑； ii) 確定所述旋轉(zhuǎn)半徑是否為小的旋轉(zhuǎn)半徑； iii) 使用所述旋轉(zhuǎn)半徑是否為小的半徑的所述確定來識(shí)別設(shè)備航向角度中的改變是 否由所述平臺(tái)內(nèi)的所述設(shè)備的轉(zhuǎn)向引起，還是由包括所述設(shè)備的所述平臺(tái)的轉(zhuǎn)向引起;且 iv) 如果所述設(shè)備航向角度的改變是因?yàn)樗銎脚_(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向，調(diào)整所述錯(cuò)位，并 且如果設(shè)備航向角度的改變是因?yàn)樗銎脚_(tái)內(nèi)的設(shè)備的轉(zhuǎn)向，所述設(shè)備航向角度中的改變 是用于調(diào)整錯(cuò)位的檢測(cè)到的錯(cuò)位改變。18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器在缺失絕對(duì)導(dǎo)航信息中操作。19. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器在絕對(duì)導(dǎo)航信息可獲得時(shí)操 作。20. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括陀螺儀和加速度計(jì)。
【文檔編號(hào)】G01C21/26GK105874352SQ201480062288
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年9月8日
【發(fā)明人】J·喬吉, M·奧姆爾, A·努爾丁
【申請(qǐng)人】應(yīng)美盛股份有限公司