將多個濾波器用于增強型便攜式導航的方法和裝置的制造方法
【專利說明】將多個濾波器用于增強型便攜式導航的方法和裝置
相關申請的交叉引用
[0001 ]本申請要求優(yōu)先權來自于和受益于2014年9月3日提交的序列號為62/045,422的題目為“將多個濾波器用于增強型便攜式導航的方法和裝置”美國臨時專利申請，該臨時專利申請的內(nèi)容在此引入作為參考。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種通過使用多個濾波器來增強一個平臺(例如人，汽車，或船)上的裝置的導航解決方案的方法和設備，其中裝置的可移動性可以被平臺限制或不被限制，且其中該裝置可以被傾斜至任意方向且仍提供無縫導航。
【背景技術】
[0003]平臺的慣性導航是基于包含傳感器的裝置中的慣性傳感器(例如，加速度計，陀螺儀)測量的特定力和角速率并在一個能運動的平臺上進行定位。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，裝置被束縛在平臺上。來自裝置的測量值可以用于確定裝置和/或平臺的位置，速度和姿態(tài)。
[0004]傳統(tǒng)慣性導航系統(tǒng)典型性的需求是對平臺內(nèi)的慣性傳感器的對準(S卩，對包含傳感器的裝置與平臺航向、橫向和縱軸的對準)。當慣性傳感器沒有被正確的對準時，使用慣性傳感器測量值計算出的位置和姿態(tài)將不能代表平臺狀態(tài)。同樣地，為了獲得高精度導航解決方案，慣性傳感器必須被束縛在平臺之內(nèi)，且需要把裝置仔細裝載在平臺內(nèi)。
[0005]但是，便攜式導航裝置(或可導航裝置)能夠移動，不管它是否限制在平臺內(nèi)(例如人，汽車，或任何類型的船)，和把裝置仔細安裝或束縛平臺內(nèi)都不是一個選擇。
[0006]因為可導航裝置(例如，移動/智能手機)變得越來越普遍，它們裝備具有高靈敏度輔助全球定位系統(tǒng)(AGPS)芯片集，芯片集具有即使在衛(wèi)星信號不清晰的環(huán)境中也能提供平臺(例如，用戶)絕對位置的能力。在AGPS信息單獨不夠的環(huán)境中，比如縱深的室內(nèi)，或挑戰(zhàn)鬧市導航或定位，一個可能的解決方案是結合手機信號塔標示或，如果可能，手機信號塔的三角測量定位(其中AGPS解決方案不可用)。盡管這兩種已知定位方法可用在許多移動設備中，精確室內(nèi)定位仍是一個挑戰(zhàn)且不能滿足目前基于位置服務(LBS)的精度要求。另外，這些方法僅僅提供了平臺絕對航向，但沒有對裝置航向的任何信息。
[0007]移動導航裝置(例如，移動/智能手機)可配置微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器，其主要用于屏幕控制和娛樂應用。由于高噪聲，大隨機漂移率，和經(jīng)常改變裝置相對于平臺的方位，這些傳感器并沒有被廣泛用于導航目的。
[0008]移動裝置也可配置磁強計，且在一些情況下，顯示使用加速度計和磁強計的導航解決方案是可能的，如果用戶足夠仔細使得裝置相對它們身體保持一個特定方位，比如當校準磁強計之后在用戶身前仔細拿著。
[0009]但是，需要一種提供導航解決方案的方法，其可以精確使用平臺內(nèi)導航裝置的測量值，且由此確定裝置/平臺的導航狀態(tài)，而不用限制在平臺上(即，在室內(nèi)或室外環(huán)境)或平臺內(nèi)裝置的可移動性。對平臺位置和姿態(tài)的估計可依賴于裝置的使用(例如，在導航中用戶拿著或移動裝置的方式)。還需要一種方法，其可允許裝置在任意方向上傾斜而且還能提供性能不下降的無縫導航信息。
[0010]需要增強平臺內(nèi)裝置的解決方案的方法和裝置，其中裝置的移動性可以限制或不限制在平臺內(nèi)，且其中裝置可以在任意方向傾斜而仍提供無縫導航。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本方法和裝置運行第一濾波器來提供導航解決方案，還運行至少一個第二濾波器，其提供要用于第一濾波器中的值來增強導航解決方案。
[0012]本發(fā)明涉及一種通過使用至少兩個濾波器來增強一平臺(例如人，汽車，或船)內(nèi)的裝置的導航解決方案的方法和裝置，其中裝置的可移動性可以被限制在或不被限制在該平臺內(nèi)，和其中該裝置可以傾斜至任意方位而仍能提供無縫導航解決方案且同時所述導航解決方案的性能不下降。
[0013]本方法可以用于一種使用來自該裝置內(nèi)的傳感器(例如，加速度計，陀螺儀，磁力計，氣壓計等)的測量值(讀數(shù))的導航解決方案，而不管絕對導航信息(例如，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)或WiFi定位)是否出現(xiàn)。
[0014]本裝置包括能提供傳感器讀數(shù)的傳感器，所述傳感器具有傳感器軸的相應的坐標系(frame)。
[0015]不管有沒有絕對導航信息，都可以使用本方法和裝置。
[0016]在一些實施例中，至少一個第二濾波器提供要用于第一濾波器中的值來增強導航解決方案，而不是取用來自第一濾波器的那些值，來避免雙反饋問題，其可使性能惡化或使其不穩(wěn)定。在這些實施例的第一組中，第二濾波器提供航向角，其可在航位推算解決方案(例如行人航位推算、汽車航位推算、或自行車航位推算)中被單獨使用或與其他量(例如通過單獨的技術估計的航向偏差)一起使用，其轉(zhuǎn)而向第一濾波器提供測量值更新來增強導航解決方案。在這些實施例的第二組中，第二濾波器提供航向角以便計算裝置和平臺之間的航向偏差，這是通過從第二濾波器航向中減去來自絕對導航信息(當可用時)中的平臺航向而實現(xiàn)的；第一濾波器使用計算出的航向偏差來增強導航解決方案。在這些實施例的第三組中，第二濾波器提供要由第一濾波器使用的橫滾和俯仰角來增強導航解決方案。在實施例的第三組中實現(xiàn)這一點的一個方法是，第二濾波器提供橫滾和俯仰，其要被用于計算在裝置坐標系和平臺坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，其轉(zhuǎn)而被第一濾波器用來增強該導航解決方案。航向偏差，不管是由單獨的技術還是由上面實施例的第二組估計的，都可以與橫滾和俯仰偏差一起使用，以形成在裝置坐標系和平臺坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣。在實施例的第四組中，可以使用以上三組實施例的組合。
[0017]在一些實施例中，至少一個第二濾波器提供要用于第一濾波器中的值來增強導航解決方案，這是通過在第一濾波器為了具有更好的初始化或重新初始化而初始化或重新初始化之前提供這些值而實現(xiàn)的，這轉(zhuǎn)而增強導航解決方案。這發(fā)生在第一濾波器進入導航階段之前正處于對準階段的時候(即，第一濾波器在對準階段初始化或重新初始化以進入導航階段)。在這些實施例的第一組中，第二濾波器在第一濾波器初始化或重新初始化之前提供橫滾和俯仰角，以使第一濾波器具有更好的初始化或重新初始化。在這些實施例的第二組中，至少第二濾波器具有多個濾波器以便確定在裝置和平臺之間的初始偏差。初始偏差可以是初始航向偏差。在這些實施例的第三組中，可以使用以上兩組實施例的任意組合。如這里所用的，初始化可以包括重新初始化。
[0018]在一些實施例中，至少一個第二濾波器提供要在第一濾波器中使用的值來增強導航解決方案，這通過可能在一超時之后提供那些值來實現(xiàn)，假使在該超時周期期間至少第二濾波器和具有不同假定的第一濾波器同時運轉(zhuǎn)的話。當一個特定現(xiàn)象發(fā)生時，該超時周期開始，這涉及某些與導航解決方案有關的模糊度。在超時周期結束時，做出關于更準確的假定的決定;假如第一濾波器的假定是更準確的，那么這個濾波器繼續(xù)運轉(zhuǎn)且任何其他濾波器可以去除，否則，至少第二濾波器中的一個具有最準確的假設并且將提供其所有值來完全覆蓋(override)第一濾波器，然后被覆蓋的第一濾波器將運轉(zhuǎn)并且所有其他濾波器將被去除。
[0019]可以理解，可以使用上文實施例中的任一個，或者單獨使用或者組合使用。
[0020]大致的說，在一些實施例中，使用多個濾波器的方法和裝置增強在平臺內(nèi)的裝置的導航解決方案，所述裝置具有能提供傳感器讀數(shù)的傳感器，其中裝置的可移動性可以被限制在平臺內(nèi)或不被限制在平臺內(nèi)，和其中裝置可以傾斜至任意方位而且所述導航解決方案的性能并不下降，如本文所定義的方法。
【附圖說明】
[0021]圖1示出了裝置的量測軸(a)，一個實施例中的設備和平臺，其中平臺是人(b)或汽車(c);
[0022]圖2示出了本方法一個實施例的框圖；
[0023]圖3示出了本方法一個實施例的框圖；
[0024]圖4示出了本方法一個實施例的框圖；
[0025]圖5示出了本方法一個實施例的框圖；
[0026]圖6示出了本方法一個實施例的框圖；
[0027]圖7示出了本方法一個實施例的框圖；
[0028]圖8不出了本方法一個實施例的框圖；和
[0029]圖9是根據(jù)一個實施例用于增強導航解決方案的便攜裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]—開始，可以理解，本發(fā)明并不限制在特定示例性材料，架構，程序，方法或結構，因為它們可以改變。因此，盡管許多選項，與本文描述的這些相似或等價，都可以用于實際或本發(fā)明實施例，這里只描述了優(yōu)選材料和方法。
[0031]還可以理解，本文所用術語僅僅處于描述本發(fā)明特定實施例的目的，且并不試圖成為限制。
[0032]下面與附圖有關的詳細描述意圖作為本發(fā)明示例性實施例的描述，和并不試圖代表僅有的本發(fā)明可實施的示例性實施例。用于整個描述的術語“示例性的”意思是“作為一個例子，實例，或例證”，和不必要被限制為比其他示例性實施例優(yōu)選或有優(yōu)勢的。詳細描述包括詳細細節(jié)，為了提供說明書示例性實施例的完全理解。對于本領域技術人員是顯而易見的，說明書的示例性實施例可以沒有這些詳細細節(jié)來進行實施。在一些例子中，已知結構和裝置以框圖的形式被顯示，為了避免模糊本文提出的示例性實施例的新穎性。
[0033]僅僅為了方便和清楚，方向性的術語，比如頂，底，左，右，上，下，越過，上面，下面，下方，后方，后面，和前面，都可參照附圖或芯片實施例來使用。這些和相似的方向性術語不能以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0034]在這個說明書和權利要求書中，可以理解，當一個元件被稱為被“連接至”或“親合至”另一個元件時，它可以被直接連接至或親合至另一個元件或可出現(xiàn)的中間元件。相反，當一個元件被稱為被“直接連接至”或“直接耦合至”另一個元件時，沒有中間元件出現(xiàn)。
[0035]接下來的詳細描述的一些部分可以在程序，邏輯塊，處理和其他對計算機存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)位的操作的符號表示中呈現(xiàn)。這些描述和表示是本領域技術人員在數(shù)據(jù)處理領域使用的方法，來把它們的工作內(nèi)容最有效的傳達給其他本領域技術人員。在本發(fā)明應用中，程序，邏輯塊，處理或類似，被構想為導致預期結果的步驟的有條理的順序或指令。這些步驟是那些物理量的需要物理操作器。通常，盡管不必要，這些量表現(xiàn)為能被存儲、傳輸、組合、比較、和其他在計算機系統(tǒng)中的操作的電或磁信號形式。
[0036]然而，應該被銘記，所有這些和相似術語與適當物理量相關且僅僅是應用于這些量的方便標簽。除非特別說明，否則下面討論中很顯然，在本申請中可意識到，使用如“訪問，，、“接收”、“發(fā)送”、“使用”、“選擇”、“確定”、“歸一化”、“乘”、“平均”、“