估计与主体运动相关的感兴趣的度量的方法技术

公开了一种在跟踪随时间变化的主体的运动的跟踪系统中执行的计算机实施的方法，方法包括：(a)在第一时间段期间，从至少一个主定位单元获得与主体的运动相关的第一数据，其中所述至少一个主定位单元被安装在主体上携带的第一平台上，或者其中所述至少一个主定位单元与主体分离，所述主定位单元在第一时间段期间是工作的；(b)在第一时间段期间，从一个或更多个辅助传感器获得第二数据，一个或更多个辅助传感器被配置成进行测量，根据该测量可以确定位置或移动，所述一个或更多个辅助传感器被安装在主体上携带的一个或更多个第二平台上；(c)生成包括第一数据和第二数据的第一训练数据；(d)在第二时间段期间，从一个或更多个辅助传感器获得第三数据；以及(e)使用利用第一训练数据训练的第一算法分析第三数据以估计与在第二时间段期间的主体的运动相关的至少一个第一度量。还公开了一种用于跟踪随时间变化的主体的运动的跟踪系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】估计与主体运动相关的感兴趣的度量的方法
本专利技术涉及一种用于估计与主体运动相关的感兴趣的度量的方法和系统。本专利技术在跟踪和导航领域具有特定应用。
技术介绍
传统的惯性导航系统使用标准力学方程将来自惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪等)的测量转换成诸如速度、取向和位置等跟踪和导航数据。这种系统的一个已知问题是数值积分误差，该数值积分误差表现为在导出的跟踪和导航数据中快速增加的误差。惯性导航方程通常涉及通过连续旋转速率和加速度测量的数值积分来确定取向、速度和位置。(例如，由于传感器噪声、偏差、比例因子和对准误差，)测量误差的积分导致不断增加的速度误差，这又被累积成甚至更快速增加的位置误差。在低成本惯性测量单元(IMU)的情况下，数值积分误差的影响特别明显，IMU的传感器相对有噪声，具有大的对准和比例因子误差，并且具有可能随时间或随温度变化而显著漂移的偏差。低成本IMU的可用性变得更加普遍，并且因此，定位、导航和跟踪系统例如在诸如智能手机和健身跟踪器等智能设备中变得更加普通。然而，这些低成本IMU通常具有相对低的质量，这意味着误差漂移通常很大，从而向用户提供了虚假且无用的结果。全球导航卫星系统(GNSS)接收器(诸如GPS和GLONASS和Galileo)可与IMU组合使用，以便帮助改进导航解的准确性。然而，(例如在建筑物内部)GNSS覆盖并不总是容易获得的，并且GNSS单元本身在某些情况下可能提供不准确的导航数据，例如在高建筑物可能阻挡卫星星座的可见性的“城市峡谷”中。此外，诸如智能手机的智能设备可以相对于用户以各种不同的位置和取向被携带，用户可以频繁地改变他或她的运动方式。例如，智能手机用户可以通过将智能手机放在口袋中行走来开始旅程。在接收到呼叫时，可以将手机移动到用户的耳朵，在此期间用户必须跑去乘公共汽车，此后用户在剩余的旅程中乘坐公共汽车。与例如“捷联式”系统(其中在相对于其主机主体的固定位置和取向中提供高度准确的IMU)或万向系统(gimballedsystem)相比，用户的运动以及设备相对于用户的相对位置和取向的这种改变可能将进一步的误差引入最终的导航解中。然而，使用低成本IMU的跟踪和导航系统的用户仍然需要准确和可靠的定位、跟踪和导航信息，因此在本领域中存在解决上述问题的需求。特别地，需要在GNSS定位数据不准确或不可用的情况下提供准确的定位、跟踪和导航系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种在跟踪随时间变化的主体的运动的跟踪系统中执行的计算机实施的方法，该方法包括：(a)在第一时间段期间，从至少一个主定位单元获得与主体的运动相关的第一数据，其中所述至少一个主定位单元被安装在主体上携带的第一平台上，或者其中所述至少一个主定位单元与主体分离，所述主定位单元在第一时间段期间是工作的；(b)在第一时间段期间，从一个或更多个辅助传感器获得第二数据，所述一个或更多个辅助传感器被配置成进行测量，根据该测量可以确定位置或移动，所述一个或更多个辅助传感器被安装在主体上携带的一个或更多个第二平台上；(c)生成包括第一数据和第二数据的第一训练数据；(d)在第二时间段期间，从一个或更多个辅助传感器获得第三数据，以及(e)使用利用第一训练数据训练的第一算法来分析第三数据以估计与在第二时间段期间的主体的运动相关的至少一个第一度量。第一数据通常由安装在主体上携带的第一平台上的主定位单元获得，并且第二数据通常由安装在主体上携带的第二平台上的一个或更多个辅助传感器获得。第二数据可以通过安装在主体上携带的多个第二平台上的辅助传感器获得。第一平台和第二平台彼此分离。换句话说，它们是物理上分离的，并且通常是不同的设备。例如，并且如本文将更详细地解释的，第一平台可以是包括充当主定位单元的GNSS传感器并且携带在主体上的智能手机，并且一个或更多个第二平台可以是包括充当辅助传感器的惯性传感器套件的头戴式耳机、可穿戴眼镜、脚戴式平台或腕戴式手表或健身跟踪器。本专利技术有利地允许(一个或更多个)第二平台通过使用利用第一训练数据训练的算法，使用仅从其辅助传感器获得的数据来提供对感兴趣的第一度量的可靠估计。如下面将更详细解释的，第一度量通常用于约束通过分析第三数据而估计的跟踪解(例如，轨迹)。与使用这种辅助传感器的通常仅能够在误差漂移使得估计不可用之前提供几秒的可靠跟踪信息的常规技术(例如，航位推算)相比，使用至少一个第一度量(其可以被称为在第二时间段期间主体的“运动模型”或其一部分)允许获得改进的跟踪解。主定位单元可以与主体分离(“在主体外部”)；换句话说，主定位单元不由主体携带。例如，主定位单元可以是外部相机(例如，一个或更多个CCTV相机)。此外，在这种情况下，主定位单元和一个或更多个第二平台彼此独立。在一些实施例中，从安装在所述第一平台上的至少一个主定位单元以及从与主体分离的至少一个主定位单元获得第一数据。通常，主体是可能希望跟踪其运动的任何主体。主体通常是人类用户，即行人，但在实施例中主体可以是例如汽车或自行车的车辆。通常，第二时间段的至少一部分与第一时间段不重叠。换句话说，通常，第一时间段和第二时间段不在相同的时刻之间延伸。优选地，第一时间段和第二时间段不重叠。通常，第二时间段相对于第一时间段是将来的，因此，第二时间段在第一时间段之后出现。然而，例如当在后处理场景中估计第二时间段期间的度量时，第一时间段可以相对于第二时间段是将来的。第一时间段指的是主定位单元在该期间工作的任何时间段，该时间段意味着主定位单元能够提供测量，并且因此可以获得可靠的第一数据以用于提供第一训练数据。第二时间段通常(尽管不总是)是来自主定位单元的测量不可用或被认为不可靠的任何时间段。在实施例中，在第二时间段期间，其上安装有主定位单元的第一平台可以不由主体携带。在第二时间段期间，需要第一算法以便使用从一个或更多个辅助传感器获得的数据来估计期望的第一度量。通常，第一时间段和第二时间段可以以任一顺序发生，可以是连续的或不连续的，并且可以来自或不来自主体所采取的相同“行程”。第一时间段可以在长度上从秒(例如10秒)的量级变化到一小时或更长。与仅可以提供几秒的感兴趣的良好度量估计的常规技术(诸如航位推算)相比，本专利技术允许在可以从几秒到几小时之间变化的第二时间段期间对第一度量进行良好估计。本文中，一个或更多个辅助传感器是“辅助”传感器，因为它们不直接提供定位、跟踪或导航数据；相反，它们提供测量，根据该测量可以推断位置或移动。至少一个辅助传感器通常包括惯性传感器，诸如(通常适于测量线性加速度的)加速度计或(通常适于测量旋转速度的)陀螺仪。这种辅助传感器的其它示例包括(通常适于测量航向基准的)磁力计和(通常适于测量海拔的变化的)诸如气压计的压力感测设备。可以使用的辅助传感器的另一示例为不是专用的基于相机或基于视觉测距的定位系统的一部分的相机。在一些实施例中，辅助传感器可以例如通过测量从相对于传感器的方位已知的发射器接收的信号的多普勒频移，使用从地面发射器(例如蜂窝发射器)接收的信号来推导航向和/或速率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在跟踪随时间变化的主体的运动的跟踪系统中执行的计算机实施的方法，所述方法包括：/n(a)在第一时间段期间，从至少一个主定位单元获得与所述主体的运动相关的第一数据，其中所述至少一个主定位单元被安装在所述主体上携带的第一平台上，或者其中所述至少一个主定位单元与所述主体分离，所述主定位单元在所述第一时间段期间是工作的；/n(b)在所述第一时间段期间，从一个或更多个辅助传感器获得第二数据，所述一个或更多个辅助传感器被配置为进行测量，根据所述测量能够确定位置或移动，所述一个或更多个辅助传感器被安装在所述主体上携带的一个或更多个第二平台上；/n(c)生成包括所述第一数据和所述第二数据的第一训练数据；/n(d)在第二时间段期间，从所述一个或更多个辅助传感器获得第三数据，以及/n(e)使用利用所述第一训练数据训练的第一算法来分析所述第三数据以估计与在所述第二时间段期间的所述主体的运动相关的至少一个第一度量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181012 GB 1816655.3;20190418 GB 1905586.21.一种在跟踪随时间变化的主体的运动的跟踪系统中执行的计算机实施的方法，所述方法包括：
(a)在第一时间段期间，从至少一个主定位单元获得与所述主体的运动相关的第一数据，其中所述至少一个主定位单元被安装在所述主体上携带的第一平台上，或者其中所述至少一个主定位单元与所述主体分离，所述主定位单元在所述第一时间段期间是工作的；
(b)在所述第一时间段期间，从一个或更多个辅助传感器获得第二数据，所述一个或更多个辅助传感器被配置为进行测量，根据所述测量能够确定位置或移动，所述一个或更多个辅助传感器被安装在所述主体上携带的一个或更多个第二平台上；
(c)生成包括所述第一数据和所述第二数据的第一训练数据；
(d)在第二时间段期间，从所述一个或更多个辅助传感器获得第三数据，以及
(e)使用利用所述第一训练数据训练的第一算法来分析所述第三数据以估计与在所述第二时间段期间的所述主体的运动相关的至少一个第一度量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数据是从安装在所述第一平台上的至少一个主定位单元和从与所述主体分离的至少一个主定位单元获得的。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一数据和所述第二数据是针对所述主体的多个运动环境获得的，其中，在所述第二时间段期间的所述主体的运动环境基本上对应于在所述第一时间段期间的运动环境。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一数据和所述第二数据是针对所述一个或更多个第二平台相对于所述主体的多个位置环境获得的，其中，在所述第二时间段期间所述一个或更多个第二平台相对于所述主体的位置环境基本上对应于在所述第一时间段期间的位置环境。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(e)中所估计的至少一个第一度量是以下中的至少一个：运动方向、速率、速度、所述主体的运动环境、以及所述一个或更多个第二平台相对于所述主体的位置环境。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二时间段的至少一部分不与所述第一时间段重叠，优选地其中所述第一时间段和所述第二时间段不重叠。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一算法包括神经网络。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：分析所述第三数据以估计与在所述第二时间段期间的所述主体的运动相关的至少一个第二度量的演变，其中所述至少一个第二度量的演变由使用所述第一算法估计的所述至少一个第一度量约束。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，分析所述第三数据以便估计在所述第二时间段期间的所述主体的轨迹。


10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，分析所述第三数据包括：将所述第三数据与所述至少一个第一度量进行比较以获得校正的第三数据，其中，所述第二度量的演变的估计基于所述校正的第三数据。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述获得校正的第三数据包括：确定所述一个或更多个辅助传感器的测量偏差，并且校正所述测量偏差以便获得所述校正的第三数据。


12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，使用卡尔曼滤波器通过所述至少一个第一度量来约束对所述第二度量的演变的估计。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
在步骤(e)中，所述第三数据被布置为多个帧，每个帧包括来自所述一个或更多个辅助传感器的按时间顺序的多个测量值，其中，所述第一算法被用于针对所述帧中的每个帧提供至少一个第一度量的估计。


14.根据权利要求13所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述第二数据被布置为多个帧，每个帧包括来自所述至少一个辅助传感器的按时间顺序的多个测量值，其中：
第二数据的帧和第三数据的帧的时间长度基本相同。


15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述多个帧中的每个帧具有相同的时间长度。


16.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述多个帧具有基于在相应的第一时间段和第二时间段期间所确定的位置环境和所确定的运动环境中的至少一个的时间长度。


17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
(a1)确定在所述第一时间段期间所述一个或更多个第二平台相对于所述主体的训练位置环境，其中所述第一训练数据包括所述训练位置环境。


18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
(a2)确定在所述第一时间段期间所述主体的训练运动环境，其中，所述第一训练数据包括所述训练运动环境。


19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述训练位置环境和训练运动环境中的至少一个是通过分析所述第一数据和所述第二数据来确定的。


20.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述训练位置环境和训练运动环境中的至少一个是由用户输入确定的。


21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一算法选自用于估计所述至少一个第一度量的预定算法的集合，其中，所述选择基于要确定的所述至少一个第一度量。


22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：至少部分地基于所述第一数据来确定与在所述第一时间段期间的所述主体的运动相关的训练度量的演变，其中所述第一训练数据包括所述训练度量的演变，优选地其中所述第一训练数据包括在所述第一时间段期间的所述主体的轨迹。


23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述训练度量的演变是基于在所述第一时间段期间获得的所述第一数据和所述第二数据来确定的。


24.根据权利要求22或23所述的方法，还包括：在所述第一时间段期间从安装在所述主体上携带的所述第一平台上的至少一个另外的辅助传感器获得第四数据，其中使用所述第一数据以及所述第二数据和所述第四数据中的至少一个来确定所述训练度量的演变。


25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，确定所述训练度量的演变的步骤包括：
在所述第一时间段内的第一时间子段中，从所述至少一个主定位单元获得第一子数据；
在所述第一时间段内的第二时间子段中，从安装在所述第一平台上的所述一个或更多个辅助传感器和/或至少一个另外的辅助传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉姆齐·迈克尔·法拉格尔，罗伯特·马克·克罗克特，彼得·杜菲特·史密斯，
申请(专利权)人：焦点定位有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB