一种基于角度测量的定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于角度测量的定位方法，该方法包括下列步骤：确定要定位物体的视场内至少3个视觉信标，其中所述视觉信标的位置是已知的；确定要定位物体到所述视觉信标中的每两个视觉信标的矢量夹角，其中矢量夹角不小于3个；以及利用最小二乘法原理根据视觉信标的位置坐标和矢量夹角计算要定位物体的坐标。通过该方法，可以在室内等导航信号中断的环境下，通过部署一套视觉信标，或使用楼宇内特定位置作为视觉信标，测量信标矢量的夹角，并利用最小二乘算法完成人员或机器的定位。用最小二乘算法完成人员或机器的定位。用最小二乘算法完成人员或机器的定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于角度测量的定位方法


[0001]本专利技术总的来说涉及定位
，更具体而言涉及一种基于角度测量的定位方法。

技术介绍

[0002]随着技术发展，人员或机器(机器人，行驶机械等)对自身定位的需求越来越高。在户外，有美国GPS、中国北斗等组成的导航信号网络，人员或机器可持有导航信号接收器，实现自身定位。然而在室内等导航信号中断的环境下，如大型楼宇、地铁站等场所，人员或机器无法通过导航信号进行自身定位。在这些人员或机器活动频繁的场所中，基于安全和寻址，人员或机器具有特别高的定位需求。因此室内导航势必会成为研究热点。
[0003]目前室内导航大多是基于无线信号执行的，如wifi、5G信号等，但这种方法易因无线信号的多径问题导致定位失败。另外无线信号的功耗问题也困扰着研发定位系统的科研和工作人员。
[0004]为打破传统方法的局限性，有效实现在室内等导航信号中断的环境下，完成人员或机器的自身定位，需要一种新的设计思路和解决方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的任务是，提供一种基于角度测量的定位方法，通过该方法，可以在室内等导航无线信号中断的环境下，通过部署一套视觉信标，或使用楼宇内特定位置作为视觉信标，测量信标矢量的夹角，并利用最小二乘算法完成人员或机器的定位，由此在缺少导航无线信号的情况下仍然实现精确的导航，提高导航的鲁棒性。
[0006]根据本专利技术，前述任务通过一种基于角度测量的定位方法来解决，该方法包括下列步骤：
[0007]确定要定位物体的视场内至少3个视觉信标，其中所述视觉信标的位置是已知的；
[0008]确定要定位物体到所述视觉信标中的每两个视觉信标的矢量夹角，其中矢量夹角不小于3个；以及
[0009]利用最小二乘法原理根据视觉信标的位置坐标和矢量夹角计算要定位物体的坐标。
[0010]在本专利技术的一个优选方案中规定，确定要定位物体到所述视觉信标中的每两个视觉信标的矢量夹角包括：
[0011]根据相似三角形原理通过相机传感器测量矢量夹角，若一次无法看全3个及以上的视觉信标，可通过转动视场完成测角，在转动过程中，要定位物体的位置不可改变。
[0012]在本专利技术的另一优选方案中规定，利用最小二乘法原理根据视觉信标的位置坐标和矢量夹角计算要定位物体的坐标包括：
[0013]在要定位物体与i和j两个信标组成的三角形中，根据余弦定理，两个信标的位置坐标与矢量夹角可建立方程F1；
[0014]根据两个信标的位置坐标与矢量夹角建立的方程F1构造函数F2；
[0015]在要定位物体的坐标的近似值处将函数F2泰勒展开,得到公式F3；
[0016]保留公式F3的一阶项，令函数f＝0可写作方程F4；
[0017]对于N个信标，其中N≥3，可通过公式F1
‑
F4建立N个方程；联立N个方程F4，得到Hx＝b形式的方程组；以及
[0018]根据最小二乘算法原理进行迭代，求出要定位物体的坐标。
[0019]在本专利技术的又一优选方案中规定，在要定位物体与i和j两个信标组成的三角形中，根据余弦定理，两个信标的位置坐标与矢量夹角可建立方程F1为：
[0020]|r
me
‑
r
i
|2+|r
me
‑
r
j
|2‑
|r
i
‑
r
j
|2＝2*|r
me
‑
r
i
|*|r
me
‑
r
j
|*cos(θ
i
‑
me
‑
j
)，
[0021]其中r
i
和r
j
为i信标和j信标的位置坐标，可精确测量，θ
i
‑
me
‑
j
为要定位物体到i信标和j信标的两个矢量的夹角，r
me
为要定位物体的坐标，要定位物体的坐标为待求量。
[0022]在本专利技术的另一优选方案中规定，该方法还包括：
[0023]θ
i
‑
me
‑
j
为要定位物体到i信标和j信标的两个矢量的夹角，所述夹角的角度可通过相机传感器测量，测量误差为角秒量级。
[0024]在本专利技术的又一优选方案中规定，根据两个信标的位置坐标与矢量夹角建立的方程F1构造函数F2包括：
[0025]f
i,j
＝|r
me
‑
r
i
|2+|r
me
‑
r
j
|2‑
|r
i
‑
r
j
|2‑
2*|r
me
‑
r
i
|*|r
me
‑
r
j
|*cos(θ
i
‑
me
‑
j
)，通过测量θ
i
‑
me
‑
j
求得r
me
的过程即求f＝0。
[0026]在本专利技术的另一优选方案中规定，在要定位物体的坐标的近似值处将函数F2泰勒展开,得到公式F3包括：
[0027]在r
me
的近似值处将f泰勒展开，得到公式F3：
[0028]其中为要定位物体的坐标r
me
的近似值。
[0029]在本专利技术的又一优选方案中规定，保留公式F3的一阶项，令f＝0可写作公式F4：
[0030][0031]在本专利技术的另一优选方案中规定，对于N个信标，其中N≥3，可通过公式F1
‑
F4建立N个方程包括：
[0032]对于N个信标(N≥3)，可通过公式F1
‑
F4建立个方程，为了方程不冗余，可将信标编号1
‑
N，按照顺序[1,2]，[2,3]，
…
，[N
‑
1,N]，[N,1]为一组建立N个方程。
[0033]在本专利技术的又一优选方案中规定，联立N个方程F4，得到Hx＝b形式的方程组包括：
[0034]联立每一组公式F4，得到Hx＝b形式的方程组，其中
[0035][0036][0037][0038]在本专利技术的另一优选方案中规定，其中根据最小二乘算法原理进行迭代，求出要定位物体的坐标：
[0039]根据最小二乘算法原理，第k步迭代步骤：
[0040][0041]更新第k+1步估计值为：
[0042]以及
[0043]根据边界条件选迭代初值，设置收敛标志，多轮迭代后，即可求出要定位物体的坐标r
me
。
[0044]本专利技术至少具有下列有益效果：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于角度测量的定位方法，该方法包括下列步骤：确定要定位物体的视场内至少3个视觉信标，其中所述视觉信标的位置是已知的；确定要定位物体到所述视觉信标中的每两个视觉信标的矢量夹角，其中矢量夹角不小于3个；以及利用最小二乘法原理根据视觉信标的位置坐标和矢量夹角计算要定位物体的坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定要定位物体到所述视觉信标中的每两个视觉信标的矢量夹角包括：根据相似三角形原理通过相机传感器测量矢量夹角，若一次无法看全3个及以上的视觉信标，可通过转动视场完成测角，在转动过程中，要定位物体的位置不可改变。3.根据权利要求1所述的方法，其中利用最小二乘法原理根据视觉信标的位置坐标和矢量夹角计算要定位物体的坐标包括：在要定位物体与i和j两个信标组成的三角形中，根据余弦定理，两个信标的位置坐标与矢量夹角可建立方程F1；根据两个信标的位置坐标与矢量夹角建立的方程F1构造函数F2；在要定位物体的坐标的近似值处将函数F2泰勒展开,得到公式F3；保留公式F3的一阶项，令函数f＝0可写作方程F4；对于N个信标，其中N≥3，可通过公式F1
‑
F4建立N个方程；联立N个方程F4，得到Hx＝b形式的方程组；以及根据最小二乘算法原理进行迭代，求出要定位物体的坐标。4.根据权利要求3所述的方法，其中在要定位物体与i和j两个信标组成的三角形中，根据余弦定理，两个信标的位置坐标与矢量夹角可建立方程F1为：|r
me
‑
r
i
|2+|r
me
‑
r
j
|2‑
|r
i
‑
r
j
|2＝2*|r
me
‑
r
i
|*|r
me
‑
r
j
|*cos(θ
i
‑
me
‑
j
)，其中r
i
和r
j
为i信标和j信标的位置坐标，可精确测量，θ
i
‑
me
‑
j
为要定位物体到i信标和j信标的两个矢量的夹角，r
me
为要定位物体的坐标，要定位物体的坐标为待求量。5.根据权利要求4所述的方法，其中：θ
i
‑
me

【专利技术属性】
技术研发人员：邵瑞强，董日昌，赵帅，石碧舟，董明佶，刘欢，谭双杰，龚文斌，沈苑，林宝军，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：