[發(fā)明專利]使用物體來(lái)對(duì)準(zhǔn)和校準(zhǔn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180005698.0
• 申請(qǐng)日: 2011-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN102834696A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·張;L·J·蓋林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 高通股份有限公司
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C25/00;G06T7/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 李小芳

背景

在通信行業(yè)中，關(guān)于諸如蜂窩或其他無(wú)線通信設(shè)備之類的移動(dòng)站的準(zhǔn)確的位置信息正日漸盛行。全球定位系統(tǒng)(GPS)給出一種用來(lái)提供無(wú)線移動(dòng)站位置確定的辦法。GPS用戶可通過從環(huán)地軌道中的衛(wèi)星飛行器(SV)得到的信息來(lái)推導(dǎo)包括三維位置、速度和時(shí)間在內(nèi)的精確導(dǎo)航信息。從這些SV接收到的信號(hào)通常是相當(dāng)微弱的。因此，為了確定接收機(jī)的位置，該接收機(jī)必須充分靈敏才能捕獲這些微弱信號(hào)并解讀它們所代表的信息。

目前的GPS接收機(jī)的一個(gè)限制在于，它們的操作局限于其中有多顆衛(wèi)星清楚地在視野中而無(wú)障礙物并且良好質(zhì)量的天線被正確地放置以接收此類信號(hào)的境況。由此，這些GPS接收機(jī)在具有阻擋條件的區(qū)域中通常是不可使用的，諸如在有顯著的植物或建筑物阻擋(例如，城市峽谷)的區(qū)域中并且尤其是在建筑物內(nèi)。

概述

移動(dòng)平臺(tái)上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)通過整合加速計(jì)和陀螺儀的測(cè)量來(lái)持續(xù)地計(jì)算移動(dòng)平臺(tái)的位置、取向和速度。在INS能被用于計(jì)算該位置、取向和速度之前，該INS的位置、取向和速度必須被初始化。使用從物體的圖像獲得的信息來(lái)執(zhí)行INS初始化。從該物體的圖像獲得關(guān)于該物體相對(duì)于全局參考系或局部坐標(biāo)系的位置和取向信息、以及關(guān)于相機(jī)相對(duì)于該物體的位置和取向信息。隨后可確定相機(jī)在全局參考系中的位置和取向信息。隨后可從全局參考系中的相機(jī)位置和取向以及慣性傳感器與相機(jī)之間的已知相對(duì)取向確定慣性傳感器參考系與全局參考系之間的變換矩陣或方向余弦矩陣。隨后可從慣性傳感器參考系與全局參考系之間的變換矩陣、以及全局參考系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的變換矩陣確定慣性傳感器參考系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的變換矩陣。隨后可從慣性傳感器參考系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的變換矩陣演算出慣性傳感器的取向。使用關(guān)于相機(jī)在全局參考系中的位置信息、慣性傳感器參考系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的變換矩陣、以及相機(jī)在該物體被成像時(shí)的速度(即0)來(lái)初始化慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。使用初始化的數(shù)據(jù)連同來(lái)自慣性傳感器的測(cè)量，可在導(dǎo)航期間更新移動(dòng)平臺(tái)的位置并在例如數(shù)字地圖上提供該位置。可使用從不同物體的圖像獲得的信息來(lái)估計(jì)和校正慣性導(dǎo)航誤差以及慣性傳感器誤差。

附圖簡(jiǎn)述

圖1解說(shuō)了包括移動(dòng)平臺(tái)的系統(tǒng)的框圖，該移動(dòng)平臺(tái)使用從物體的圖像獲得的信息來(lái)執(zhí)行慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始化和校準(zhǔn)。

圖2是數(shù)據(jù)碼標(biāo)記(諸如快速響應(yīng)碼)形式的物體的示例。

圖3是能夠使用從物體的圖像獲得的信息進(jìn)行導(dǎo)航的移動(dòng)平臺(tái)的框圖。

圖4是示出使用從物體的圖像獲得的信息進(jìn)行慣性導(dǎo)航的方法的流程圖。

圖5解說(shuō)了移動(dòng)平臺(tái)中的相機(jī)相對(duì)于物體的透視圖。

圖6解說(shuō)了移動(dòng)平臺(tái)中的相機(jī)相對(duì)于位于建筑物的入口處的物體的透視圖。

圖7解說(shuō)了移動(dòng)平臺(tái)中的相機(jī)連同慣性傳感器的透視圖。

圖8解說(shuō)了慣性導(dǎo)航期間帶有移動(dòng)平臺(tái)的位置信息的簡(jiǎn)單數(shù)字地圖。

圖9是示出在導(dǎo)航期間使用物體的圖像來(lái)校正INS誤差的方法的流程圖。

圖10示意性地解說(shuō)了使用來(lái)自被成像物體的信息來(lái)校正慣性導(dǎo)航中的誤差的系統(tǒng)。

詳細(xì)描述

本文中描述的系統(tǒng)和方法使用物體的圖像來(lái)確定位置和取向信息，該位置和取向信息隨后可被用于初始化和校準(zhǔn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括能夠?qū)χT如數(shù)據(jù)碼標(biāo)記之類的物體成像、并使用該物體的圖像來(lái)確定位置和取向信息的移動(dòng)平臺(tái)。該位置和取向信息隨后可被移動(dòng)平臺(tái)用于初始化慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和取向。可通過對(duì)不同物體成像并類似地確定位置和取向信息來(lái)周期性地校正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和取向。

圖1解說(shuō)包括移動(dòng)平臺(tái)100的系統(tǒng)的框圖，移動(dòng)平臺(tái)100對(duì)物體104成像從而可捕獲關(guān)于物體104的位置和取向信息。關(guān)于物體104的位置和取向信息隨后可被用于推導(dǎo)關(guān)于移動(dòng)平臺(tái)100的位置和取向信息，其可被用于導(dǎo)航。關(guān)于物體104的位置和取向信息可相對(duì)于坐標(biāo)系，諸如局部坐標(biāo)系或一般化的全局坐標(biāo)系(諸如與GPS聯(lián)用的WGS84坐標(biāo)系)，這兩者在本文中將一般地被稱為全局參考系。從物體的圖像所捕獲的信息還可以包括例如導(dǎo)航指令、局部環(huán)境的地圖、或任何其他合意信息。