用于多通平滑的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于多通平滑的方法和系统。通过执行多通平滑，设备的导航解算可被增强。执行输入数据的前向和后向解算以获取临时导航解算。将临时导航解算的一个或多个物理量组合以平滑物理量。使用组合后的导航解算的物理量，执行至少一遍附加的前向和后向处理以增强临时导航解算。将来自增强的临时导航解算中的至少一个非组合物理量组合以获取增强的平滑后的导航解算。根据需要，可多次执行附加的处理以将导航解算的其他物理量组合。

【技术实现步骤摘要】
用于多通平滑的方法和系统相关专利的交叉引用本专利技术权利要求优先于和受益于本专利技术的专利权人于2015年2月26日提交的美国专利申请号15/054,792、名为“多通平滑的方法和系统(METHODANDSYSTEMFORMULTIPLEPASSSMOOTHING)”的专利技术申请。
本专利技术公开涉及用于增强设备的导航解算的方法和系统，并且更具体地涉及执行多通平滑的技术。
技术介绍
便携式电子设备，例如那些配置为手持或其他与用户关联的设备，广泛地使用于不同的应用场景和环境中。越来越多地，此类设备装备有一个或多个传感器或其他用于确定便携式设备的位置或运动的系统。特别地，诸如智能手机、平板、智能手表的设备和其他便携式设备可具有诸如陀螺仪、加速计、磁力计和气压计的低成本的微电子机械系统(MEMS)传感器的特征。这些传感器尺寸小、重量轻、能耗低和极其低成本。由于这些优点，MEMS传感器已基本上成为运动跟踪和导航应用的合适备选。对于消费者可便携设备，惯性导航系统(INS)和航位推算例如步行者航位推算(PDR)可采用惯性传感器用于导航。PDR可以是采用惯性传感器在诸如行走或跑步等徒步运动情况下的导航算法，其他航位推算技术可用于车辆航位推算(当测量车辆的速度时)或循环航位推算(当检测周期性的运动时)。INS还用于车辆或其他船舶。惯性传感器不依赖于来自外部源信号的发送或接收，因而完全适宜于在室内/室外环境下提供连续信息。然而，惯性传感器仅提供短期精度并且精度随时间而降低。虽然水平姿态(即，横滚和俯仰)误差可以由加速计测量控制，但当没有辅助信息时，航向误差显著地增加。更进一步，由于移动设备的朝向相对于平台或用户的身体移动方向持续变化，便携式导航应用(例如其中的步行者应用)存在对不准问题。为了校正持续增加的误差，需要诸如绝对导航信息的外部技术，例如，全球导航卫星系统(GNSS)或磁力计。此类技术无法提供足够的可靠性。特别地，通常GNSS信号太微弱而无法穿透室内环境；另外，在深度城市化区域存在显著地多径效应。而且，当使用磁力计时，本地磁场易受室内或城市环境的人造基础设施的干涉影响，从而使得磁力计航向角不可靠。结果是，集成的多传感器导航效果并不能满足所有应用的需求，特别是对于便携式导航。因此，需要诸如平滑的其他方法来增强导航效果。当包含传感器的设备在受限于或不受限于平台(用户、车辆或任何类型的船舰)中移动，并且该设备的朝向相对于平台可以自由变化，以及该平台可以到达任何环境(即使没有可用的绝对导航信息)时，这样的便携式导航设备对平滑技术提出了挑战，现有的平滑技术可能无法提供期望的效果。因此，需要更为有效的平滑技术以应对所有的挑战，特别是针对便携式设备导航。正如下文所述，本公开满足这些和其他的需求。
技术实现思路
如下所详述的，本公开包括通过多通平滑增强设备和平台的导航解算的方法，其中设备的移动性受限于或不限于平台，并且其中设备可朝向任何方向。方法涉及获取包括表示设备运动的从第一瞬态到随后的第二瞬态的多个时段的传感器数据的输入数据，执行输入数据的前向处理从而为各时段获取临时前向导航解算，执行输入数据的后向处理从而为各时段获取临时后向导航解算，从临时前向导航解算和后向导航解算组合至少一个物理量的导航解算从而获得平滑后的至少一个组合物理量，执行输入数据和至少一个组合物理量的前向处理从而为各时段获取增强的临时前向导航解算，执行输入数据和至少一个组合物理量的后向处理从而为各时段获取增强的临时后向导航解算，从增强的临时前向导航解算和后向导航解算中组合至少一个非组合物理量以获取增强的平滑后的导航解算并提供该增强的平滑的导航解算。进一步，本公开的技术可使用设备实现。该设备具有集成的传感器组件，配置为，为设备在从第一瞬态到随后的第二瞬态的多个时段输出表示设备运动的传感器数据，和处理器，配置为，通过获取包括传感器数据在内的输入数据、执行输入数据的前向处理从而为各时段获取临时前向导航解算、执行输入数据的后向处理从而为各时段获取临时后向导航解算、从临时前向导航解算和后向导航解算组成至少一个物理量的导航解算从而获得平滑后的至少一个组合物理量、执行输入数据和至少一个组合物理量的前向处理从而为各时段获取增强的临时前向导航解算、执行输入数据和至少一个组合物理量的后向处理从而为各时段获取增强的临时后向导航解算、从增强的临时前向导航解算和后向导航解算中组合至少一个非组合物理量以获取增强的平滑后的导航解算并提供该增强的平滑后的导航解算，执行MPS导航模块从而为设备获取优化的平滑后的导航解算。本公开还包括用于增强设备的导航解算的服务器和多通平滑平台。服务器具有用于接收设备提供的输入数据的通信模块，其中输入数据包括在从第一瞬态到随后的第二瞬态的多个时段的表示设备运动的传感器数据，和处理器配置为，通过为各时段获取临时前向导航解算、执行输入数据的后向处理从而为各时段获取临时后向导航解算、从临时后向导航解算和前向导航解算组成至少一个数量的导航解算从而获得平滑后的至少一个数量的组合导航解算、执行输入数据和至少一个组合数量的前向处理从而为各时段获取增强的临时前向导航解算、执行输入数据和至少一个组合数量的后向处理从而为各时段获取增强的临时后向导航解算、从增强的临时前向导航解算和后向导航解算中组合至少一个非组合数量的导航解算以获取增强的平滑后的导航解算并提供该增强的平滑后的导航解算，执行MPS导航模块从而为设备获取优化的平滑后的导航解算。还进一步，本公开包括通过多通平滑提供增强的平滑后的导航解算的系统。系统包括具有集成传感器组件的设备，配置为，提供在从第一瞬态到随后的第二瞬态的多个时段的表示设备运动的传感器数据，和用于发送输入数据的通信模块和配置为从设备接收输入数据的远程处理资源，和包括处理器，配置为通过为各时段获取临时前向导航解算、执行输入数据的后向处理从而为各时段获取临时后向导航解算、从临时前向导航解算和后向导航解算组合至少一个物理量的导航解算从而获得平滑后的至少一个物理量的组合导航解算、执行输入数据和至少一个组合物理量的前向处理从而为各时段获取增强的临时前向导航解算、执行输入数据和至少一个组合物理量的后向处理从而为各时段获取增强的临时后向导航解算、从增强的临时前向导航解算和后向导航解算中组合至少一个非组合物理量以获取增强的平滑后的导航解算并提供该增强的平滑后的导航解算，执行MPS导航模块从而为设备获取优化的、平滑后的导航解算。附图说明图1是根据一实施例的通过多通平滑增强导航解算的系统的原理图。图2是根据一实施例的通过多通平滑增强导航解算的设备的原理图。图3是根据一实施例的通过多通平滑增强导航解算的例程的流程图。图4A-D描绘了根据一实施例的便携式设备在手持使用情形下包含第一偏离角的导航解算多通平滑结果。图5A-D描绘了根据一实施例的便携式设备在手持使用情形下包含第二偏离角的导航解算多通平滑结果。图6A-D描绘了根据一实施例的便携式设备在手持使用情形下包含第三偏离角的导航解算多通平滑结果。图7A-D描绘了根据一实施例的便携式设备在耳中使用情形下包含第一方向的导航解算多通平滑结果。图8A-D描绘了根据一实施例的便携式设备在耳中使用情形下包含第二方向的导航解算多通平滑结果。图9A-D描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过多通平滑增强设备和平台的导航解算的方法，其中所述设备的移动性在所述平台内受约束或不受约束，并且其中所述设备可任意方向倾斜，所述方法包括：a)获取输入数据，所述输入数据包括从第一瞬态到随后的第二瞬态的多个时段的表示所述设备运动的传感器数据；b)执行所述输入数据的前向处理，以获取针对各时段的临时前向导航解算；c)执行所述输入数据的后向处理，以获取针对各时段的临时后向导航解算；d)将来自临时前向导航解算和后向导航解算的导航解算中的至少一个物理量组合，以获得平滑后的至少一个组合物理量；e)执行所述输入数据和至少一个组合物理量的前向处理，以获取针对各时段的增强的临时前向导航解算；f)执行所述输入数据和至少一个组合物理量的后向处理，以获取针对各时段的增强的临时后向导航解算；g)将来自增强的临时前向导航解算和增强的临时后向导航解算中的导航解算的至少一个非组合物理量组合，以获取增强的平滑后的导航解算；h)通过从多个独立源中获取高度来平滑导航解算的高度物理量，至少部分地基于多个源中的至少一个源来确定至少一个高度误差，至少部分地基于确定后的误差来校正所述高度，并且平滑校正后的高度；和i)提供所述增强的平滑后的导航解算。...

【技术特征摘要】
2016.02.26 US 15/054,7921.一种通过多通平滑增强设备和平台的导航解算的方法，其中所述设备的移动性在所述平台内受约束或不受约束，并且其中所述设备可任意方向倾斜，所述方法包括：a)获取输入数据，所述输入数据包括从第一瞬态到随后的第二瞬态的多个时段的表示所述设备运动的传感器数据；b)执行所述输入数据的前向处理，以获取针对各时段的临时前向导航解算；c)执行所述输入数据的后向处理，以获取针对各时段的临时后向导航解算；d)将来自临时前向导航解算和后向导航解算的导航解算中的至少一个物理量组合，以获得平滑后的至少一个组合物理量；e)执行所述输入数据和至少一个组合物理量的前向处理，以获取针对各时段的增强的临时前向导航解算；f)执行所述输入数据和至少一个组合物理量的后向处理，以获取针对各时段的增强的临时后向导航解算；g)将来自增强的临时前向导航解算和增强的临时后向导航解算中的导航解算的至少一个非组合物理量组合，以获取增强的平滑后的导航解算；h)通过从多个独立源中获取高度来平滑导航解算的高度物理量，至少部分地基于多个源中的至少一个源来确定至少一个高度误差，至少部分地基于确定后的误差来校正所述高度，并且平滑校正后的高度；和i)提供所述增强的平滑后的导航解算。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，相对于在执行g)之前的导航解算的至少一个附加的物理量，通过执行d)、e)和f)来执行至少一遍附加的平滑过程，其中附加过程的步骤d)中的临时前向和后向解算由上一遍过程的步骤e)和f)中的临时前向和后向解算所替代。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行输入数据的前向处理，以获取针对各时段的临时前向导航解算包括：实施前向处理算法，并且执行输入数据的后向处理以获取针对各时段的临时后向导航解算包括：转换输入数据以及针对转换后的从第二瞬态到第一瞬态的传感器数据实施前向处理算法。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，转换输入数据包括：转换传感器数据。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，转换传感器数据包括：转换加速计和陀螺仪数据。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，转换传感器数据包括：转换从由加速计、陀螺仪、磁力计、气压计和里程计数据组成的集合中选出的可用的传感器数据。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入数据包括：绝对导航信息。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述绝对导航信息是由以下各项组成的组中的至少一个：(i)全球导航卫星系统GNSS；(ii)基于格网的导航信息；(iii)基于WiFi的导航信息；和(iv)其他基于无线的导航信息。9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述输入数据包括：绝对导航信息，并且转换输入数据包括：转换绝对导航信息。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，转换绝对导航信息包括转换从如下集合中选取的任何可用的物理量：(i)绝对位置；(ii)绝对速率；(iii)绝对姿态角；和(iv)绝对航向角。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，转换所述绝对导航信息包括转换从由以下各项组成的组中选取的任何可用的信息：(i)全球导航卫星系统GNSS；(ii)基于格网的导航信息；(iii)基于WiFi的导航信息；和(iv)其他基于无线的导航信息。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行输入数据的后向处理以获取针对各时段的临时后向导航解算包括：对输入数据实施后向处理算法而不对输入数据转换。13.如权利要求1所述的方法，进一步包括：将来自临时前向导航解算和临时后向导航解算的导航解算中的不相互依赖的多个物理量组合。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述多个物理量可包括：航向角和偏离角。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将导航解算的物理量组合包括：确定从前向和后向处理获取的物理量的权重。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，确定从前向和后向处理获取的物理量的权重包括：评估前向和后向的精度。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，评估前向和后向的精度是至少部分地基于解算误差的标准偏差。18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，确定从前向和后向处理获取的物理量的权重包括：线性组合。19.如权利要求1所述的方法，进一步包括：表征输入数据中的误差，并且在至少执行前向处理和后向处理之一之前补偿所述误差。20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：检测设备预定义运动模式，并且至少部分地基于检测到的预定义的运动阶段表征输入数据中的误差。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述预定义运动模式包括：静态的时期，并且所述误差包括陀螺仪偏差。22.如权利要求21所述的方法，进一步包括；转换陀所述螺仪偏差，并且使用转换后的陀螺仪偏差来执行后向处理。23.如权利要求1所述的方法，进一步包括：识别锚点，其中第一瞬态和第二瞬态的至少其一对应于设备在已识别的锚点。24.如权利要求23所述的方法，进一步包括：识别多个锚点，其中第一瞬态和第二瞬态对应于设备在已识别的锚点。25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入数据进一步包括来自气压计、磁力计、里程计、速度计和行人运动模型中至少其一的设备相关的补充导航信息。26.如权利要求1所述的方法，进一步包括：针对导航解算的至少一个物理量执行至少一个基于时间的平滑处理。27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述基于时间的平滑处理是非因果关联的处理。28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，针对高度执行所述基于时间的平滑处理。29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，针对纬度执行所述基于时间的平滑处理。30.如权利要求26所述的方法，其特征在于，针对经度执行所述基于时间的平滑处理。31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，针对速率执行所述基于时间的平滑处理。32.如权利要求26所述的方法，其特征在于，针对速度执行基于时间的平滑处理。33.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过获取气压...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·乔治，李由，M·欧默，C·古道尔，张秀雯，
申请(专利权)人：应美盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US