使用惯性传感器和短波低能耗设备的室内导航系统技术方案

提供一种用于定位追踪设备的系统及其方法，该系统包括：无线模块，用于从外部无线设备接收位置参考，并确定与外部无线设备的距离；以及惯性测量单元(IMU)，其具有用于获得加速度矢量的加速度计和用于获得角速度矢量的陀螺仪；处理单元，用于从位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，并利用加速度矢量、角速度矢量和环境大气压力来计算相对于全局框架的第二估计坐标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用惯性传感器和短波低能耗设备的室内导航系统
本专利技术涉及一种室内导航系统，并且特别地但非排他地涉及使用惯性传感器和蓝牙信标的室内导航系统。
技术介绍
电子导航系统是在20世纪40年代左右开发的。科学家能够利用无线电信号偏移的多普勒效应追踪人造卫星。卫星发送的信号可以被陆地接收器用于导航。这种系统通常被称为全球定位系统(GPS)。为了有效地使用GPS卫星信号操作导航系统，GPS接收器必须能够访问至少四颗卫星的标记。尽管可以使用来自三颗卫星的标记来计算GPS接收器的估计位置，但是该位置是在GPS接收器位于平均海平面的前提下计算的。如果GPS接收器处于平均海平面，则该位置将相当准确。但是，如果GPS接收器明显高于或低于平均海平面，则计算出的位置甚至不会接近实际位置。在开放的地区中，诸如在空域中飞行或在公海中航行，通常相对容易同时获得访问四颗卫星。但是，由于带有频率无线电波信号(1575.42MHZ和1227.6MHZ)的GPS卫星信号被设计为可传播很长的距离，但穿透力却很低。当GPS接收器天线位于被高大建筑物包围的城市内部或建筑物内部时，无法直接在视线范围内接收多个卫星信号。GPS接收器无法准确计算当前位置。用于在建筑物内导航的传统系统通常是昂贵的或无效的。例如，与建筑物内的射频记号的安装基座相关的安装和运营成本是不容易克服的重大障碍。另外，建筑物内射频导航信号的接收不佳，诸如基于卫星的导航系统(例如，全球定位系统)所使用的信号，妨碍了广泛接受。
技术实现思路
本专利技术可以克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。当考虑以下说明和附图时，本专利技术的其他优点将变得显而易见。根据本专利技术的第一方面，提供了一种定位追踪设备，包括：无线模块，其用于从外部无线设备接收位置参考，并确定与所述外部无线设备的距离；惯性测量单元(IMU)，其具有用于获得加速度矢量的加速度计和用于获得角速度矢量的陀螺仪；以及处理单元，其用于从所述位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，并利用所述加速度矢量、角速度矢量和环境大气压力来计算相对于全局框架的第二估计坐标。在第一方面的实施例中，所述IMU还包括用于测量外部磁场的磁场矢量的磁力计和/或用于获得环境大气压力的压力传感器。在第一方面的实施例中，所述IMU适于对所述加速度计和陀螺仪执行自校准。在第一方面的实施例中，所述IMU包括用于对指示其移动的步数的数量进行计数的步数计数器。在第一方面的实施例中，所述IMU适于通过对所述加速度矢量和所述步数进行积分来得出步幅长度。在第一方面的实施例中，所述处理单元适于利用从所述IMU获得的角速度矢量来得出相对于所述全局框架的估计高度。在第一方面的实施例中，所述处理单元适于利用从所述IMU获得的角速度矢量和从所述IMU获得的加速度矢量来得出相对于全局框架的估计位移矢量。在第一方面的实施例中，所述处理单元适于利用所述位移矢量和所述第一估计坐标来得出所述第二估计坐标。在第一方面的实施例中，所述处理单元适于将所述第二估计坐标转发给计算机处理器，其中，所述计算机处理器适于在局部地图上生成相对的当前位置。在第一方面的实施例中，所述计算机处理器与显示屏相关联，以在所述显示屏上显示所述局部地图以及所述相对的当前位置。在第一方面的实施例中，所述计算机处理器适于生成导航信息以在所述显示屏上显示。在第一方面的实施例中，所述计算机处理器与语音模块相关联，以在扬声器上播放可听格式的导航信息。在第一方面的实施例中，所述计算机处理器被配置在智能设备上。在第一方面的实施例中，所述智能设备是智能电话、手持平板电脑、膝上型计算机、台式计算机、电子定位系统、车辆、飞机、无人机、机器人、船只和生物力学设备中的任何一种。在第一方面的实施例中，定位追踪设备还包括硬件接口，以电连接到所述计算机处理器。在第一方面的实施例中，定位追踪设备还包括用于安装在可穿戴设备上的装置。在第一方面的实施例中，所述无线模块适于与电连接至所述计算机处理器的无线通信模块进行通信。在第一方面的实施例中，所述无线模块适于通过无线协议与所述无线设备进行通信。在第一方面的实施例中，无线协议是蓝牙协议、Wi-Fi协议和Li-Fi协议中的任何一个。在第一方面的实施例中，所述位置参考被嵌入到数据分组中，所述数据分组包括所述无线设备的通用唯一标识符(UUDI)和数据负载。在第一方面的实施例中，所述数据分组由所述无线设备以预定时间周期广播。在第一方面的实施例中，所述无线设备被配置为在一个预定时间周期中广播多个数据分组，其中，每个数据分组包括所述无线设备的UUDI和所述负载中的不同位置参考。在第一方面的实施例中，数据负载被加密。在第一方面的实施例中，所述无线设备适于通过安全信道与服务器通信，使得所述服务器适于远程配置所述无线设备。在第一方面的实施例中，所述处理单元适于将所述位置参考转发给所述计算机处理器，其中，所述计算机处理器适于从具有所述位置参考的位置数据库中检索全局坐标。在第一方面的实施例中，位置数据库被安装在服务器上。在第一方面的实施例中，计算机处理器与网络模块相关联，以通过网络与服务器通信。在第一方面的实施例中，无线模块还被布置为确定距至少一个信标设备的距离。在第一方面的实施例中，信标设备包括蓝牙信标。在第一方面的实施例中，信标设备被布置为单向辐射。在第一方面的实施例中，信标设备包括单向天线。根据本专利技术的第二方面，提供了一种使用定位追踪设备和一个或多个无线设备的室内导航方法，包括以下步骤：从所述一个或多个无线设备接收位置参考，并确定与所述设备的距离；从所述位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，通过所述定位追踪设备的惯性测量单元(IMU)的加速度计获得加速度矢量，通过所述IMU的陀螺仪获得角速度矢量，以及利用所述加速度矢量、角速度矢量和环境大气压计算相对于全局框架的第二估计坐标。在第二方面的实施例中，该方法还包括以下步骤：通过用于在所述IMU上测量的磁力计获得外部磁场的磁场矢量；和/或通过所述IMU的压力传感器获得环境大气压。在第二方面的实施例中，该方法还包括以下步骤：对所述加速度计和陀螺仪执行自校准。在第二方面的实施例中，该方法还包括以下步骤：经由所述IMU的步数计数器获得指示移动的步数的数量。在第二方面的实施例中，该方法还包括以下步骤：通过对所述加速度矢量和所述步数进行积分来得出步幅长度。在第二方面的实施例中，该方法进一步包括以下步骤：利用从所述IMU获得的角速度矢量得出相对于所述全局框架的估计高度。在第二方面的一个实施例中，该方法还包括以下步骤：利用所述角速度矢量和加速度矢量，得出相对于全局框架的估计位移矢量。在第二方面的实施例中，该方法还包括以下步骤：利用所述位移矢量和所述第一估计坐标得出所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位追踪设备，包括：/n无线模块，其用于从外部无线设备接收位置参考，并确定与所述外部无线设备的距离；/n惯性测量单元(IMU)，其具有用于获得加速度矢量的加速度计和用于获得角速度矢量的陀螺仪；以及/n处理单元，其用于从所述位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，并利用所述加速度矢量、角速度矢量和环境大气压力来计算相对于全局框架的第二估计坐标。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171218 HK 17113454.31.一种定位追踪设备，包括：
无线模块，其用于从外部无线设备接收位置参考，并确定与所述外部无线设备的距离；
惯性测量单元(IMU)，其具有用于获得加速度矢量的加速度计和用于获得角速度矢量的陀螺仪；以及
处理单元，其用于从所述位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，并利用所述加速度矢量、角速度矢量和环境大气压力来计算相对于全局框架的第二估计坐标。


2.根据权利要求1所述的定位追踪设备，其中，所述IMU还包括用于测量外部磁场的磁场矢量的磁力计和/或用于获得环境大气压力的压力传感器。


3.根据权利要求1至2中的任一项所述的定位追踪设备，其中，所述IMU适于对所述加速度计和陀螺仪执行自校准。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的定位追踪设备，其中，所述IMU包括用于对指示其移动的步数的数量进行计数的步数计数器。


5.根据权利要求5所述的定位追踪设备，其中，所述IMU适于通过对所述加速度矢量和所述步数进行积分来得出步幅长度。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的定位追踪设备，其中，所述处理单元适于利用从所述IMU获得的角速度矢量来得出相对于所述全局框架的估计高度。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的定位追踪设备，其中，所述处理单元适于利用从所述IMU获得的角速度矢量和从所述IMU获得的加速度矢量来得出相对于全局框架的估计位移矢量。


8.根据权利要求1至7中的任一项所述的定位追踪设备，其中，所述处理单元适于利用所述位移矢量和所述第一估计坐标来得出所述第二估计坐标。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的定位追踪设备，其中，所述处理单元适于将所述第二估计坐标转发给计算机处理器，其中，所述计算机处理器适于在局部地图上生成相对的当前位置。


10.根据权利要求9所述的定位追踪设备，其中，所述计算机处理器与显示屏相关联，以在所述显示屏上显示所述局部地图以及所述相对的当前位置。


11.根据权利要求10所述的定位追踪设备，其中，所述计算机处理器适于生成导航信息以在所述显示屏上显示。


12.根据权利要求9所述的定位追踪设备，其中，所述计算机处理器与语音模块相关联，以在扬声器上播放可听格式的导航信息。


13.根据权利要求9至12中的任一项所述的定位追踪设备，其中，所述计算机处理器被配置在智能设备上。


14.根据权利要求13所述的定位追踪设备，其中，所述智能设备是智能电话、手持平板电脑、膝上型计算机、台式计算机、电子定位系统、车辆、飞机、无人机、机器人、船只和生物力学设备中的任何一种。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的定位追踪设备，还包括硬件接口，以电连接到所述计算机处理器。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的定位追踪设备，包括用于安装在可穿戴设备上的装置。


17.根据权利要求16所述的定位追踪设备，其中，所述无线模块适于与电连接至所述计算机处理器的无线通信模块进行通信。


18.根据权利要求1至17中的任一项所述的定位追踪设备，其中，所述无线模块适于通过无线协议与所述无线设备进行通信。


19.根据权利要求18所述的定位追踪设备，其中，所述无线协议是蓝牙协议、Wi-Fi协议和Li-Fi协议中的任何一种。


20.根据权利要求1至19中的任一项所述的定位追踪设备，其中，所述位置参考被嵌入到数据分组中，所述数据分组包括所述无线设备的通用唯一标识符(UUDI)和数据负载。


21.根据权利要求20所述的定位追踪设备，其中，所述数据分组由所述无线设备以预定时间周期广播。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建韶，
申请(专利权)人：弗鲁特创新有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81