协作惯导定位制造技术

本发明专利技术提出了一种协作惯导定位。当一移动设备的惯导误差远大于邻近的移动设备时，它利用邻近的移动设备来优化其惯导位置。基于测量出的两个设备之间相对位置，优化后的位置等于邻近设备的惯导位置与相对位置之矢量和。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了一种协作惯导定位。当一移动设备的惯导误差远大于邻近的移动设备时，它利用邻近的移动设备来优化其惯导位置。基于测量出的两个设备之间相对位置，优化后的位置等于邻近设备的惯导位置与相对位置之矢量和。【专利说明】协作惯导定位 本申请要求申请号为61/830, 105、申请日为2013年6月2日的美国专利申请的优 先权。
本专利技术涉及移动电子设备领域，更确切地说，涉及惯导定位。
技术介绍
惯导定位（dead reckoning)是一种利用一时间间隔内的已知或估算速度、通过该 时间间隔开始时的位置来推算该时间间隔结束时位置的方法。对于一名携带移动设备10 的移动用户来说，惯导定位利用移动设备10的传感器(包括加速度传感器和指南针)来定位 (图1A)。基于加速度传感器的读数，移动设备10确定用户是否走了一步（图1A和图1B中 的每个点代表一步)，并相应地算出移动用户的位移。基于指南针的读数，移动设备10确定 移动用户每一步伐的方向。这些数据-位移和方向-组成了移动用户每一步伐的移动矢量 Sit) 如图1A所示，一区域含有多个参考点R1、R2···。在每个参考点处，移动设备10的位 置可以被精确地确定。参考点可以是一路标。路标具有特别的传感器读数(即传感器特征)， 其例子包括建筑物入口或电梯。参考点也可以是一地面真实事件（ground truth event)的 发生地。地面真实事件是指为用户或用户自己确定移动设备位置的事件，如用户手动输入 其位置，或获取一与其位置相关的图像。当移动用户路过一参考点时，其定位误差重新置 零。 惯导定位以如下方法估算位置：从一个参考点开始，惯导定位将一移动用户所有 步伐的移动矢量相加，从而估算出他现在的位置(惯导位置)。由于移动设备的传感器质量 较差，惯导位置的误差(惯导误差）是一积累误差，它与用户步伐数(从上一参考点算起）的 立方成正比（图2)。惯导误差曲线具有一锯齿形状：随着步伐数的增加，惯导误差逐步增 大，在达到下一个参考点时重置到零，然后再逐步增大。当移动用户在两个参考点之间不走 直线时，惯导误差可能会变得很大。例如说，图1A中的路径P沿长方形ABCD绕了一圈，绕 这一圈时用户走的多余步伐导致了极大的惯导误差（图2中的误差曲线E)。 Kramer等提出了一种采用对等惯导定位来提高惯导精确度的方法（peer-to-peer dead reckoning)(参见《A-GNSS a different approach》，Inside GNSS 杂志，2009 年 9 月 /10月，第52-61页)。当两个具有不同惯导误差的移动设备相遇时(如在图IB的相遇点M)， 它们的共同惯导位置等于它们各自惯导位置的加权平均（以它们各自误差的倒数为权重)。 如果第一设备的惯导误差远远大于第二设备，则第二设备的位置实际上被用作这两个设备 的共同惯导位置，该共同惯导位置的误差约等于该第二设备的惯导误差。如图2中的误差 曲线E*所示，在相遇点M，第一移动设备10的惯导误差降至第二移动设备10*的惯导误差。 由于第二设备10*的惯导误差仅沿路径P*积累，它远远小于第一设备10。因此，对等惯导 定位能降低惯导定位的误差。 虽然对等惯导定位能降低惯导误差，但是它受限于两个移动设备相遇（Kramer要 求两个设备的距离小于2米）的概率。而两个移动设备相遇的概率取决于该区域中移动设 备的密度，它是一个完全随机的变量。因此，对等惯导定位基本上没有实际应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提高惯导定位的精确度。 本专利技术的另一目的是使对等惯导定位能实际应用。 为了实现上述目的，本专利技术提出了一种协作惯导定位。它利用邻近的移动设备来 优化本移动设备的惯导位置。与对等惯导定位不同的是，协作惯导定位不要求两个移动设 备相遇，它可以让两个处于不同位置的移动设备相互协作。假设第一移动设备的惯导误差 大于第二移动设备，为了利用第二设备较小的惯导误差，首先测量两个设备之间的相对位 置(包括它们之间的距离和方向）。该测量最好采用声学(或电磁）测量法。声学(或电磁） 测量法的误差很小，一般在2%左右。对于10米的距离测量，误差在20厘米左右。接着，计 算第一设备的推导位置，它等于第二设备的惯导位置与第一第二设备之间相对位置的矢量 和。第一设备优化后的位置(称为其协作惯导位置）等于第一设备的推导位置和其惯导位 置的加权平均（以它们各自误差的倒数为权重)。如果第一设备的惯导误差远远大于第二设 备，则第一设备的推导位置实际上被用作其协作惯导位置，该协作惯导位置的误差约等于 该第二设备的惯导误差。因此，协作惯导定位能极大地降低惯导误差。更重要的是，因为协 作惯导定位不要求两个设备相遇，它比对等惯导定位具有更为广泛的实际应用。 相应地，本专利技术提出一种协作惯导定位系统，其特征在于含有：一含有第一惯导模 块的第一移动设备，该第一惯导模块获取该第一设备的第一位置；一含有第二惯导模块的 第二移动设备，该第二惯导模块获取该第二设备的第二位置；一测量该第一和第二设备相 对位置的相对位置测量模块；其中，如果该第一位置的误差大于该第二位置的误差，至少部 份通过所述相对位置和所述第二位置获取该第一设备的优化位置。 本专利技术还提出一种协作惯导定位方法，其特征在于含有如下步骤：1)通过第一惯 导模块获取第一设备的第一位置；2)通过第二惯导模块获取第二设备的第二位置；3)测量 该第一和第二设备的相对位置；如果该第一位置的误差大于该第二位置的误差，至少部份 通过所述相对位置和所述第二位置获取该第一设备的优化位置。 【专利附图】【附图说明】 图1A显示一移动设备10经过的路径P ;图1B显示两个相向运动的移动设备10、 10*，它们经过路径P和P*并在点Μ相遇。 图2比较图1Α和图1Β中移动设备10的误差曲线Ε、Ε*。 图3显示采用协作惯导定位时几个移动设备各自的位置和误差。 图4显示一种协作惯导定位法的多个步骤。 图5是一种协作惯导定位系统的功能框图。 图6披露了一种测量移动设备之间相对位置的方法。 注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的 部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，相同的符号一般表示对应或类似 的结构。 【具体实施方式】 在本说明书中，符号"/"表示"和"或"或"的关系。移动设备的"位置"是指其坐 标，它是一矢量；"惯导位置"是指通过惯导定位确定的位置；"协作惯导位置"是指通过协 作惯导定位确定的位置。矢量由大写字母表示，标量由小写字母表示。 图3和图4披露了协作惯导定位的一个典型流程。区域X包括携带移动设备a、 b、c、d的多个移动用户。每个移动设备可以是不同类设备中的一类，不同移动设备可以是 同类设备，也可以是不同类设备。例如说，移动设备可以是手机、便携式电脑、上网本、平板 电脑、个人电脑、移动工作站、娱乐设备、游戏机、车载电脑等。移动设备可以是含有海量存 储器和强大处理器的高端设备，也可以是含有少量存储器和较差处理器的低端设备。由于 协作惯导定位的概念可以应用到水下导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种协作惯导定位系统，其特征在于含有：一含有第一惯导模块的第一移动设备，该第一惯导模块获取该第一设备的第一位置；一含有第二惯导模块的第二移动设备，该第二惯导模块获取该第二设备的第二位置；一测量该第一和第二设备相对位置的相对位置测量模块；其中，如果该第一位置的误差大于该第二位置的误差，至少部份通过所述相对位置和所述第二位置获取该第一设备的优化位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张国飙，
申请(专利权)人：杭州海存信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33