一种免标定的定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种免标定的定位方法及系统。其中，该定位方法包括如下步骤：S1，设定定位周期，获取被定位物体在一个定位周期结束时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体在该定位周期内进行惯性导航，得到第一惯导结果；S2，在下一定位周期内，控制被定位物体移动，得到在下一定位周期结束时基站坐标系下的第二坐标，并对被定位物体在下一定位周期内进行惯性导航，得到第二惯导结果，计算基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量；S3，计算旋转四元数；S4，将惯性导航得到的坐标经过旋转四元数，变换到基站坐标系下，并输出变换之后的被定位物体的位置。本发明专利技术在保证定位准确度的基础上，很大程度地降低了标定的复杂程度。

A Calibration-free Location Method and System

The invention discloses a calibration-free positioning method and system. The positioning method includes the following steps: S1, setting the positioning period, obtaining the first coordinates of the positioned object in the base station coordinate system at the end of a positioning period, and inertial navigation of the positioned object in the positioning period to obtain the first inertial navigation result; S2, controlling the positioned object in the next positioning period. The second coordinate in the base station coordinate system is obtained at the end of the next positioning cycle, and the positioned object is inertialy navigated in the next positioning cycle. The second inertial navigation result is obtained. The displacement vector in the base station coordinate system and the displacement vector in the inertial navigation coordinate system are calculated; the rotation quaternion is calculated in S3; and the inertia is calculated in S4. The coordinates obtained by navigation are transformed into base station coordinates by rotating quaternion, and the position of the positioned object after transformation is output. On the basis of ensuring the accuracy of positioning, the method greatly reduces the complexity of calibration.

【技术实现步骤摘要】
一种免标定的定位方法及系统
本专利技术涉及一种免标定的定位方法，同时涉及实现该定位方法的定位系统，属于空间定位

技术介绍
近年来，定位服务的相关技术和产业正在向室内发展，特别是在VR(虚拟现实)和AR(增强现实)领域，定位技术已经成为VR和AR交互的基础。现有的VR和AR领域的定位技术包括：红外光学定位、可见光定位及激光定位。交互通常是采用手柄或手套等可持装置进行。对于红外定位方法来说，一般根据VR手柄发射的红外线进行定位；但红外线没有明显的外在特征，在很多用户场景中很难区分出每个用户的VR手柄。对于可见光定位方法来说，VR手柄发出的单色光束容易受到环境干扰，为定位VR手柄带来困难。激光定位方法包括多激光定位、激光+超声定位等方法，通常包括定位基站，用于发送激光信号或激光+超声信号等定位信号；接收定位基站发送的定位信号之后，通过极坐标等算法得到所需的位置及方向。然而，对于激光定位方法，在计算时需要先将定位基站进行标定，将需要确定的位置和方向限定在定位基站设定的坐标系中，以进行位置解算，但是这个标定的过程对于用户来说较繁琐。现有技术中，仍然需要一种简便易行、且不需用户操作即可完成的标定方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种免标定的定位方法。本专利技术所要解决的另一技术问题提供一种免标定的定位系统。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种免标定的定位方法，包括如下步骤：S1，设定定位周期，获取被定位物体在一个定位周期结束时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体在所述定位周期内进行惯性导航，得到第一惯导结果；S2，在下一定位周期内，控制被定位物体做移动，得到在下一定位周期结束时基站坐标系下的第二坐标，并对被定位物体在所述下一定位周期内进行惯性导航，得到第二惯导结果，计算基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量；S3，根据基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数；S4，将惯性导航得到的坐标经过旋转四元数，变换到基站坐标系下，并输出变换之后的被定位物体的位置。其中较优地，所述免标定的定位方法用于开机标定时，在步骤S1中，获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体进行惯性导航。其中较优地，所述获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，对被定位物体进行惯性导航，包括如下步骤：采用定位基站持续获取被定位物体在基站坐标系下的坐标；设定时间阈值，当时间阈值内被定位物体在基站坐标系下的坐标均不改变时，判定被定位物体处于静止状态；获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体进行惯性导航。其中较优地，处于静止状态的被定位物体的速度为0，对被定位物体进行惯性导航得到的惯性坐标系下的位移向量为(0,0,0)。其中较优地，根据基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数，包括如下步骤：求得基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量的转换夹角；根据转换夹角将惯导坐标系下的位移向量转换到基站坐标系下；根据两个坐标系中向量与坐标的关系求得旋转四元数。其中较优地，所述根据转换夹角α和两个位移向量求得旋转四元数Q，采用如下公式：其中，xB，yB，xB为基站坐标系下的位移向量PB，xT，yT，zT为惯导坐标系下的位移向量PT；α为基站坐标系下的位移向量PB和惯导坐标系下的位移向量PT的转换夹角。其中较优地，所述免标定的定位方法，还包括如下步骤：S5，当持续校准标定数据时，重复上述步骤S1～S4，直至第二时间阈值内被定位物体在基站坐标系下的坐标和在惯导坐标系下的坐标均不改变时，校准定位结束。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种免标定的定位系统，包括处理器和存储器；所述存储器上存储有可用在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：设定定位周期，获取被定位物体在一个定位周期结束时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体在所述定位周期内进行惯性导航，得到第一惯导结果；在下一定位周期内，控制被定位物体移动，在下一定位周期结束时得到基站坐标系下的第二坐标，并对被定位物体在所述下一定位周期内进行惯性导航，得到第二惯导结果，计算基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量；根据基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数；将惯性导航得到的坐标经过旋转四元数，变换到基站坐标系下，并输出变换之后的被定位物体的位置。其中较优地，当所述免标定的定位系统用于开机标定时，所述计算机程序被所述处理器执行，还实现如下步骤；获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，对被定位物体进行惯性导航。其中较优地，所述计算机程序被所述处理器执行，还实现如下步骤；采用定位基站持续获取被定位物体在基站坐标系下的坐标；设定时间阈值，当时间阈值内被定位物体在基站坐标系下的坐标均不改变时，判定被定位物体处于静止状态；获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体进行惯性导航。本专利技术所提供的免标定的定位方法，通过获取被定位物体在基站坐标下的位移向量和在惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数；将惯性导航得到的坐标经过旋转四元数，变换到基站坐标系下，并输出变换之后的被定位物体的位置。该方法在保证定位准确度的基础上，很大程度地降低了标定的复杂程度，提高了用户体验度。此方法不仅适用于开机标定，也适用于在使用过程中持续校准标定数据。附图说明图1为本专利技术所提供的免标定的定位方法的流程图；图2为本专利技术所提供的免标定的定位系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
进行详细具体的说明。本实施例选择在VR定位领域进行具体说明，可以理解的是，该免标定的定位方法不仅可应用于VR领域，也可应用于AR(增强现实)、MR(混合现实)、无人机等三维空间定位领域。在VR领域，为了保证虚拟环境下用户的体验度，对操作的连贯性和实时反应能力会有一定的要求，这就要求对各类数据有很强的处理速度以及操作的准确定位，而且需要保证在定位过程中始终处于定位基站设定的坐标系内，本专利技术所提供的免标定的定位方法，在定位基站和被定位物体(例如VR交互应用的手柄)开机后，不进行标定，用户控制被定位物体做运动，通过被定位物体内的惯性传感器IMU进行惯性导航得到惯导坐标系下的位移信息，即一个三维向量。通过基站定位也能得到这个被定位物体做运动过程中相对于基站坐标系的位移信息，即第二个三维向量。如果没有标定，两个向量模长基本一致，但是方向不同，两个向量的夹角就是标定信息。将被定位物体进行两个向量的夹角的补偿即完成了标定。此方法在保证定位准确度的基础上，很大程度地降低了标定的复杂程度，提高了用户体验度。此方法不仅适用于开机标定，也适用于在使用过程中持续校准标定数据。如图1所示，本专利技术所提供的免标定的定位方法，包括如下步骤：首先，设定定位周期，获取被定位物体在一个定位周期结束时基站坐标系下的第一坐标B1，并对被定位物体在该定位周期内进行惯性导航，得到第一惯导结果T1；其次，在下一定位周期内，用户控制被定位物体移动，得到在下一定位周期结束时基站坐标系下的第二坐标B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种免标定的定位方法，其特征在于包括如下步骤：S1，设定定位周期，获取被定位物体在一个定位周期结束时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体在所述定位周期内进行惯性导航，得到第一惯导结果；S2，在下一定位周期内，控制被定位物体做移动，得到在下一定位周期结束时基站坐标系下的第二坐标，并对被定位物体在所述下一定位周期内进行惯性导航，得到第二惯导结果，计算基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量；S3，根据基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数；S4，将惯性导航得到的坐标经过旋转四元数，变换到基站坐标系下，并输出变换之后的被定位物体的位置。

【技术特征摘要】
1.一种免标定的定位方法，其特征在于包括如下步骤：S1，设定定位周期，获取被定位物体在一个定位周期结束时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体在所述定位周期内进行惯性导航，得到第一惯导结果；S2，在下一定位周期内，控制被定位物体做移动，得到在下一定位周期结束时基站坐标系下的第二坐标，并对被定位物体在所述下一定位周期内进行惯性导航，得到第二惯导结果，计算基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量；S3，根据基站坐标系下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数；S4，将惯性导航得到的坐标经过旋转四元数，变换到基站坐标系下，并输出变换之后的被定位物体的位置。2.如权利要求1所述的免标定的定位方法，用于开机标定时，其特征在于：在步骤S1中，获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体进行惯性导航。3.如权利要求2所述的免标定的定位方法，其特征在于所述获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，对被定位物体进行惯性导航，包括如下步骤：采用定位基站持续获取被定位物体在基站坐标系下的坐标；设定时间阈值，当时间阈值内被定位物体在基站坐标系下的坐标均不改变时，判定被定位物体处于静止状态；获取被定位物体处于静止状态时基站坐标系下的第一坐标，并对被定位物体进行惯性导航。4.如权利要求3所述的免标定的定位方法，其特征在于：处于静止状态的被定位物体的速度为0，对被定位物体进行惯性导航得到的惯性坐标系下的位移向量为(0,0,0)。5.如权利要求1所述的免标定的定位方法，其特征在于根据基站坐标下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量，计算旋转四元数，包括如下步骤：求得基站坐标下的位移向量和惯导坐标系下的位移向量的转换夹角；根据转换夹角将惯导坐标系下的位移向量转换到基站坐标系下；根据两个坐标系中向量与坐标的关系求得旋转四元数。6.如权利要求5所述的免标定的定位方法，其特征在于：所述根据转换夹角α和两个位移向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益铭，张佳宁，张道宁，
申请(专利权)人：北京凌宇智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11