[發(fā)明專利]將傳感器數(shù)據(jù)與先驗數(shù)據(jù)結(jié)合的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210434358.6
• 申請日: 2012-09-22
• 公開（公告）號: CN103065036A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·B·麥基特里克
• 申請（專利權(quán)）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曲寶壯;盧江

背景技術(shù)

通常使用測距傳感器(比如雷達(dá)或激光雷達(dá))來提供關(guān)于交通工具(比如直升機(jī))前面的地形和障礙物的實時信息，為了改進(jìn)合成的三維地圖的質(zhì)量，已經(jīng)做了大量的工作。一種方法是使用證據(jù)網(wǎng)格(evidence?grid)來累積橫跨空間和時間的傳感器數(shù)據(jù)。于2008年3月19日申請的序列號為12/051,801的美國專利申請中公開了一種使用證據(jù)網(wǎng)格的概率性方法，據(jù)此通過參考將其內(nèi)容并入本文。然而，能夠從機(jī)載傳感器得到的傳感器數(shù)據(jù)覆蓋范圍通常由受限的視野限制，由諸如塵土的蒙蔽物限制，由陰影限制，以及經(jīng)常由僅僅缺少目標(biāo)時間而限制。因而，合成的三維地圖和期望值相比具有較低的分辨率，且具有缺少數(shù)據(jù)的區(qū)域。

另一個解決方案是使用目標(biāo)區(qū)域的高分辨率先驗(a?priori)數(shù)據(jù)，其基于先前從不同的平臺(例如無人機(jī))獲取的傳感器測量結(jié)果。這些數(shù)據(jù)可以具有非常高的分辨率(精確度10cm)，并且包含如果顯示給飛行員則有益的許多信息。然而，這些數(shù)據(jù)由于兩種原因而不能用于替代實時傳感器數(shù)據(jù)。首先，先驗數(shù)據(jù)是舊的，并且可能不代表目標(biāo)區(qū)域的當(dāng)前發(fā)生。有可能新建(或移除)建筑物，或者當(dāng)獲取先驗數(shù)據(jù)時存在的交通工具已經(jīng)被移動。不校正這些時間上的變化而顯示舊的、過時的先驗數(shù)據(jù)是危險的。第二個問題是直升機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)出錯，從而導(dǎo)致顯示的先驗數(shù)據(jù)與直升機(jī)的當(dāng)前位置不相應(yīng)。當(dāng)靠近地面飛行時這個問題尤為嚴(yán)重，因為與高度相關(guān)的導(dǎo)航錯誤典型地比其他導(dǎo)航錯誤嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了通過包括先驗數(shù)據(jù)來改進(jìn)傳感數(shù)據(jù)(例如雷達(dá))的呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。再次計算(recast)先驗數(shù)據(jù)，好像它是虛擬傳感器的輸出。這使得將先驗數(shù)據(jù)包含到證據(jù)網(wǎng)格中，該證據(jù)網(wǎng)格與來自多種類型的傳感器的數(shù)據(jù)相結(jié)合。在傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合到證據(jù)網(wǎng)格之前，使用最優(yōu)化算法將傳感器數(shù)據(jù)與先驗數(shù)據(jù)對準(zhǔn)。

在本發(fā)明的一個方面，最優(yōu)化算法通過調(diào)整與傳感器裝置相關(guān)的位置或姿態(tài)，提供傳感器數(shù)據(jù)和先驗數(shù)據(jù)之間的最佳匹配可能。這去除了與傳感器裝置數(shù)據(jù)相關(guān)的任何導(dǎo)航錯誤。

附圖說明

參考下面的附圖在下文中詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例以及可替換的實施例：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例形成的示例性系統(tǒng)的框圖；

圖2是由圖1中所示系統(tǒng)執(zhí)行的示例性過程的流程圖。

具體實施方式

圖1示出系統(tǒng)20，其精確地將實時傳感器數(shù)據(jù)(例如雷達(dá)、激光雷達(dá)、聲波定位儀)與先驗數(shù)據(jù)(例如地形，或者顯露的或者水中的)相結(jié)合，用以為交通工具提供地面和障礙物的精確的最新圖像。這尤其對低空飛行的飛行器有益，例如直升機(jī)。系統(tǒng)20對其他基于陸地、海上、或者空中的交通工具也有益。

系統(tǒng)20包括與傳感器裝置26(比如雷達(dá)、激光雷達(dá)、或是兩者的結(jié)合)信號通信的處理裝置24，輸出裝置28(比如顯示裝置)，以及數(shù)據(jù)存儲裝置30。傳感器裝置26可操作來傳送多個同時和/或連續(xù)的傳感(檢測)信號。輸出裝置28輸出(例如顯示)處理裝置24基于來自傳感器裝置26的數(shù)據(jù)以及來自數(shù)據(jù)存儲裝置30的先驗數(shù)據(jù)所確定的地形和障礙物的表示。在一個實施例中，先驗數(shù)據(jù)是先前生成的地形和障礙物數(shù)據(jù)。這種先驗數(shù)據(jù)的一個例子是霍尼韋爾公司的增強(qiáng)的近地警告系統(tǒng)(EGPWS)中使用的地形/障礙物數(shù)據(jù)庫。

先驗數(shù)據(jù)是位置陣列處高程(elevation)值的集合。與先驗數(shù)據(jù)相關(guān)的是不確定值，其基于和用于獲取該先驗數(shù)據(jù)的原始傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)的不確定性。先驗數(shù)據(jù)可看作是位于非常高的高度并且直接向下指向的虛擬零束寬激光測距儀的輸出。這樣看來，先驗數(shù)據(jù)考慮(虛擬)傳感器的輸出，并與實時傳感器數(shù)據(jù)一起放入證據(jù)網(wǎng)格(比如具有單元的三維網(wǎng)格)。使用(一個或多個)證據(jù)網(wǎng)格，處理裝置24在調(diào)整與實時傳感器數(shù)據(jù)相關(guān)的位置和姿態(tài)后，通過確定所占據(jù)單元最有可能的布置來解決實時傳感器數(shù)據(jù)與先驗數(shù)據(jù)之間的沖突。

將先驗數(shù)據(jù)預(yù)先填充(prepopulate)到證據(jù)網(wǎng)格，然后假定先驗數(shù)據(jù)是正確的，計算實時傳感器測量結(jié)果匹配先驗數(shù)據(jù)的概率β。該計算在下述論述(“最基本的證據(jù)網(wǎng)格正是點的集合”開始的段落及之后)之后，但是先驗數(shù)據(jù)放置在證據(jù)網(wǎng)格不同單元中，并且根據(jù)傳感器位置和姿態(tài)計算β。基于實時數(shù)據(jù)，β最大值處的傳感器位置是最有可能的位置，因而給出實時傳感器數(shù)據(jù)和先驗數(shù)據(jù)之間的最佳配準(zhǔn)。根據(jù)導(dǎo)航錯誤計算β最大值不但提供了導(dǎo)航校正，還提供了描述該校正的靈敏度的協(xié)方差矩陣。該協(xié)方差矩陣可以用于確定對導(dǎo)航數(shù)據(jù)校正的可信度，使得噪聲數(shù)據(jù)不會產(chǎn)生不合適的校正。