一种定位转换方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种定位转换及其系统。该方法包括如下步骤：根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度；通过定位件的加速度对定位件做惯导处理，得到定位件的位置信息。该方法可以有效地解决由于定位件与IMU位置关系造成的测量误差，提高了定位的准确性。

A method of location conversion and its system

【技术实现步骤摘要】
一种定位转换方法及其系统
本专利技术涉及一种定位转换方法，同时涉及实现该定位转换方法的定位转换系统，属于空间定位

技术介绍
虚拟现实(简称VR)和增强现实(简称AR)技术就是通过计算机技术以及各类传感器技术在特定范围内产生出在视觉、听觉、触觉的虚拟环境或在其真实环境上进行效果叠加。在VR系统中，很多应用场景涉及空间定位，利用空间定位技术可以实现真实世界与虚拟世界的更好互动。目前，主要是通过IMU(惯性测量单元)对定位点进行空间定位。IMU是测量物体三轴姿态角(或角速度)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于惯性系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。IMU通常安装在刚体内部的电路板上，刚体例如可以为无人机、VR(虚拟现实)头显和手柄等，在刚体进行空间定位时，使用的定位点和IMU的安装位置不一致时，利用IMU的位置对应的姿态数据对定位点的坐标进行数据处理会引起偏差。
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定位转换方法。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种实现上述定位转换方法的定位转换系统。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，提供一种定位转换方法，包括如下步骤：根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度；通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息。其中较优地，所述根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度，包括如下步骤：IMU和定位件绕一原点做定轴旋转运动；根据IMU的旋转角速度得到IMU的加速度；根据IMU的加速度、IMU的旋转角速度得到转换的定位件的加速度。其中较优地，所述定位件的加速度为：其中，r2-r1为刚体上固定的杆臂；a1为IMU的加速度；ω为IMU的旋转角速度；为旋转角速度求导。其中较优地，所述通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息，包括如下步骤：获取定位件任意时刻的姿态变化四元数；根据任意时刻的姿态变化四元数、定位件的加速度，通过速度更新方程得到定位件的惯导速度；根据惯导速度计算定位件的位置信息。其中较优地，所述通过速度更新方程得到定位件的惯导速度采用如下公式：其中，为tm时刻的惯导速度，为与姿态变换四元数对应的姿态阵；Δvm是加速度计在时间段[tm-1，tm]内输出的比力增量Δvm＝a2*Ts，a2为定位件的加速度，Ts为采样间隔。其中较优地，所述根据惯导速度计算定位件的位置信息，采用如下公式：其中，为tm时刻的惯导速度；为tm-1时刻的惯导速度；Ts为采样间隔。其中较优地，所述定位转换方法，还包括如下步骤：通过定位件的实际坐标对惯导处理得到的定位件的位置信息进行修正计算。其中较优地，所述通过定位件的实际坐标对惯导处理得到的定位件的位置信息进行修正计算，包括如下步骤：构建低精度惯导系统的误差方程；构建低精度惯导系统的空间模型；将所述误差方程与所述空间模型结合，并将所述定位件的实际坐标作为输入，得到对姿态和位置的修正量，通过所述修正量对原有的结果进行修正。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种定位转换系统，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：根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度；通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息。其中较优地，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：通过定位件的实际坐标对惯导处理得到的定位件的位置信息进行修正计算。其中较优地，当根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度时，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：IMU和定位件绕一原点做定轴旋转运动；根据IMU的旋转角速度得到IMU的加速度；根据IMU的加速度、IMU的旋转角速度得到转换的定位件的加速度。本专利技术所提供的定位转换方法，通过IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，计算得到定位件的加速度；再通过定位件的加速度对定位件做惯导处理，得到定位件的位置信息。该方法可以有效地解决由于定位件与IMU位置关系造成的测量误差，提高了定位的准确性。而且该方法通过后期修正，可以有效地解决由于定位件和IMU刷新率不一致而产生的测量误差。附图说明图1为定位转换方法的流程图；图2为本专利技术所提供的一个实施例中，构建的旋转模型的示意图；图3为本专利技术所提供的定位转换系统的结构示意图。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。IMU通常安装在刚体内部的电路板上，刚体例如可以为无人机、VR(虚拟现实)头显和手柄等，在本专利技术所提供的实施例中，以VR领域的手柄作为刚体为例进行说明。由于VR手柄在使用过程中可能发生遮挡等情况，出现定位不准的情况，为了定位的准确性，最优的方式是通过惯性导航的方式，对手柄的定位数据进行惯导处理。在手柄中，接收定位信号的定位件和获得手柄姿势等信息的IMU通常位于手柄的不同位置，手柄定位时使用的是定位件的坐标点坐标，惯导使用的是IMU的位置进行处理，这样就会有偏差，需要经过杆臂转换把坐标点坐标转换到IMU的位置才能做惯导，但是需要跟姿态相关，如果姿态不准确会导致杆臂转换不准确，之后会导致一系列误差。具体地：定位件的初始姿态是相对于大地坐标系，与信号发射装置(基站)的坐标系并没有对准，此时根据这个定位来修正的姿态是错误的结果，如果根据这个错误的姿态来进行杆臂转换，得到的还是一个错误的位置，这样误差就会传递下去导致系统完全错误。如图1所示，本专利技术所提供的定位转换方法，包括如下步骤：首先，根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度；然后，通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息。在本专利技术所提供的实施例中，还会通过定位件的实际坐标对惯导处理得到的定位件的位置信息进行修正计算。下面对这一过程做详细具体的说明。S11，根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度。在本专利技术中，刚体可以为无人机、VR(虚拟现实)头显和手柄等，图2以刚体为手柄为例进行说明。其手柄上部为接收定位信号的定位件，其位置用点B表示，IMU设置在手柄下的握手部分，其位置用点A表示。根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位转换方法，其特征在于包括如下步骤：/n根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度；/n通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种定位转换方法，其特征在于包括如下步骤：
根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度；
通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息。


2.如权利要求1所述的定位转换方法，其特征在于所述根据IMU的加速度以及IMU和定位件的相对位置关系，得到定位件的加速度，包括如下步骤：
IMU和定位件绕一原点做定轴旋转运动；
根据IMU的旋转角速度得到IMU的加速度；
根据IMU的加速度、IMU的旋转角速度得到转换的定位件的加速度。


3.如权利要求2所述的定位转换方法，其特征在于：
所述定位件的加速度为：



其中，r2-r1为刚体上固定的杆臂；a1为IMU的加速度；ω为IMU的旋转角速度；为旋转角速度求导。


4.如权利要求1所述的定位转换方法，其特征在于所述通过定位件的加速度对定位件的坐标做惯导处理，得到定位件的位置信息，包括如下步骤：
获取定位件任意时刻的姿态变化四元数；
根据任意时刻的姿态变化四元数、定位件的加速度，通过速度更新方程得到定位件的惯导速度；
根据惯导速度计算定位件的位置信息。


5.如权利要求4所述的定位转换方法，其特征在于所述通过速度更新方程得到定位件的惯导速度采用如下公式：



其中，为tm时刻的惯导速度，为与姿态变换四元数对应的姿态阵；Δvm是加速度计在时间段[tm-1,tm]内输出的比力增量Δvm＝a2*Ts，a2为定位件的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，张佳宁，张道宁，
申请(专利权)人：凌宇科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11