CN100565111C - 测量运动物体速度的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种测量运动物体的速度的设备和方法。测量沿运动物体的运动方向的第一加速度和沿运动物体的横向方向的第二加速度。测量沿运动物体的横向方向的第一角速度和沿运动物体的向下方向的第二角速度。通过使用第二加速度、第二角速度、在运动物体的运动方向上的运动物体的先前速度和相对于运动物体的运动方向的先前道路倾斜角来计算运动物体的滚动角。通过使用计算出的滚动角、第一角速度和第二角速度来计算道路倾斜角。通过使用计算出的道路倾斜角来计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度，并且通过使用所述运动物体的纯运动加速度来计算运动物体的速度。

Description

测量运动物体速度的设备和方法

技术领域

本发明一般涉及一种用于测量运动物体速度的设备和方法，具体地讲，涉及一种基于滚动角测量这些运动物体的速度的设备和方法。

背景技术

通常，诸如车辆、船舶和飞机的运动物体具有嵌入式导航系统，所述嵌入式导航系统确定该运动物体的位置(定位)，确定至给定目的地的路径(路径选择)，并提供路径选择结果。

为了确定运动物体的位置并提供至目的地的路径，导航系统应该能够确定车辆的精确位置。因此，导航系统通常包括用于位置确定的定位装置。这样的定位装置分为两种类型，一种使用外部源来确定位置，另一种使用内部传感器来确定位置。全球定位系统(GPS)是前一种类型的定位装置的例子。使用惯性传感器的推算定位(Dead Reckoning，DR)系统是后一种类型的定位装置的例子。

DR系统通过使用用于检测运动物体的旋转运动的陀螺仪和用于检测运动物体的直线运动的加速计来计算运动物体的速度和位置。具体地讲，运动物体的速度能够通过使用从由加速计测量的加速度获取的速度信息和从陀螺仪获取的运动方向信息二者来计算。

通常，DR系统测量道路上车辆的运动方向角和车辆运动方向上的加速度，还使用车辆的运动方向角和车辆运动方向上的加速度来计算运动速度矢量。为了测量车辆的运动方向，DR系统需要在与设置车轮轮轴(轮轴的轴线)的平面垂直的轴线上安装陀螺仪。为了测量车辆运动方向上的加速度，除了在车轮轮轴(轮轴的轴线)的方向上安装的加速计之外，DR系统需要道路倾斜角的测量值。

需要道路倾斜角测量值的原因在于：在加速计的输出中包括与重力加速度成比例的特定力分量，并且可从道路倾斜角计算出该特定力分量。由于重力加速度始终垂直于地球球体表面(垂直于重力加速度的方向的球形表面)，所以安装在车辆中(在车辆内沿特定方向固定)的加速计的轴线相对于地球球体表面的角度变化，由此导致在加速计的输出中包括的所述特定力分量改变。

换句话说，如果道路倾斜角变化，则安装在车辆中的加速计的轴线的方向不垂直于重力加速度的方向。因此，加速计测量包括重力加速度分量的实际运动速度的变化率(实际运动加速度)。

图1是用于解释在运动物体加速度中包括的重力加速度分量的示图。参照图1，道路倾斜角相对于与重力加速度的方向(±g)垂直的平面倾斜。在图1中，与重力加速度的方向(±g)垂直的平面20和沿车辆30的运动方向延伸的平面10之间的角度是道路倾斜角θ。当如图1所示车辆30在相对于与重力加速度的方向(±g)垂直的平面20倾斜道路倾斜角θ的平面10上行进时，安装在车辆30中的加速计的测量值包括实际加速度和重力加速度的分量。因此，重力加速度

的分量也随实际运动速度的变化率一起被测量，并可能在速度测量中引起较大误差。

因此，为了准确的速度测量，车辆DR系统必须从加速计的测量值

中减去重力加速度

并且测量道路倾斜角θ以测量重力加速度

车辆DR系统能够通过使用相对于车辆前方方向的旋转角、相对于与车辆前方方向垂直的车辆横向方向的旋转角以及相对于与车辆的前方方向和横向方向垂直的车辆向下方向的旋转角和滚动角φ来测量道路倾斜角θ。滚动角φ指的是车辆相对于车辆前方方向的倾斜量。

图2A和图2B表示在运动物体中定义的坐标轴。在图2A和图2B中，沿车辆前方方向的轴被定义为X轴，垂直于X轴并穿过车辆侧面的轴被定义为Y轴，沿车辆向下方向的垂直于XY平面的轴被定义为Z轴。

参照图2A和图2B，道路倾斜角θ的变化率可如下表示为方程(1)：

$\underset{\mathrm{\θ}}{E}={\mathrm{\ω}}_Y\cos \mathrm{\φ}-{\mathrm{\ω}}_Z\sin \mathrm{\φ}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(1\right),$

其中，ω_Y是沿Y轴的角速度，ω_Z是沿Z轴的角速度，φ是车辆的滚动角。此时，滚动角φ指的是车辆沿X轴的倾斜角。

滚动角φ的变化率可如下表示为方程(2)：

$\underset{\mathrm{\φ}}{E}={\mathrm{\ω}}_X+{\mathrm{\ω}}_Y\sin \mathrm{\φ}\tan \mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_Z\cos \mathrm{\φ}\tan \mathrm{\θ}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(2\right),$

其中，ω_X是沿X轴的角速度。方程(1)和方程(2)是公知的与Euler角的变化率相关的关系式。

参照方程(2)，为了准确地计算滚动角φ的变化率

需要三轴陀螺仪来测量沿X轴的角速度ω_X、沿Y轴的角速度ω_Y和沿Z轴的角速度ω_Z。

然而，通常，在车辆行驶期间，作为相对于连接车辆前侧和后侧的车轮轮轴(轮轴的轴线)(X轴)的旋转运动的滚动运动以及相对于与地表面垂直的轴(Z轴)的直线运动可以忽略。因此，传统上，仅在方程(2)中使用沿X轴的角速度ω_X和沿Y轴的角速度ω_Y来计算道路倾斜角θ，而不考虑滚动角φ和沿Z轴的角速度ω_Z。

当忽略滚动角φ和沿Z轴的角速度ω_Z，即它们被假设为0时，方程(1)是 $\underset{\mathrm{\θ}}{E}={\mathrm{\ω}}_Y\cos 0-0\·\sin 0,$ 并且道路倾斜角θ的变化率可如方程(3)给出：

$\underset{\mathrm{\θ}}{E}={\mathrm{\ω}}_r\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(3\right),$

其中，ω_Y能够从用于测量沿垂直于车辆前方方向并穿过车辆侧面的轴(Y轴)的角速度的陀螺仪的输出来测量，道路倾斜角θ通过对ω_Y积分来获得。

然而，当道路上存在很多弯曲处并且车辆的滚动角因此增大时，车辆的滚动角对道路倾斜角具有显著影响。另外，当在方程(1)中沿Z轴的角速度ω_Z较大时，即使车辆的滚动角不大，车辆的滚动角仍对道路倾斜角具有显著影响。结果，忽略车辆滚动角的对道路倾斜角θ的传统计算具有较大误差。

换句话说，在车辆的滚动角对道路倾斜角具有显著影响的情况下，通过使用忽略车辆滚动角的方程(3)计算出的道路倾斜角与实际道路倾斜角之间存在差异，该差异随时间而增加。结果，在测量出的速度和位置与实际的速度和位置之间存在较大差异。因此，应该基于车辆的滚动角来计算道路倾斜角。

在方程(2)中，需要用于X轴、Y轴和Z轴的陀螺仪来基于滚动角φ计算滚动角φ的变化率

然而，为了使用用于三个轴的陀螺仪，必须在DR系统中安装另外的陀螺仪，从而增加了用于测量车辆速度的DR系统的制造成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于基于滚动运动来测量运动物体的速度的设备和方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过使用加速计而非另外安装陀螺仪来基于滚动运动测量运动物体的速度的设备和方法。

为了实现本发明的一个方面，提供了一种测量运动物体的速度的设备。该设备包括：加速计、陀螺仪、滚动角计算器、倾斜角计算器和速度计算器。加速计测量沿运动物体的运动方向的第一加速度和沿运动物体的横向方向的第二加速度。陀螺仪测量沿运动物体的横向方向的第一角速度和沿运动物体的向下方向的第二角速度。滚动角计算器通过使用第二加速度、第二角速度、在运动物体的运动方向上的运动物体的先前速度和相对于运动物体的运动方向的先前道路倾斜角来计算运动物体的滚动角。倾斜角计算器通过使用计算出的滚动角、第一角速度和第二角速度来计算道路倾斜角。速度计算器通过使用计算出的道路倾斜角来计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度，并且通过使用所述运动物体的纯运动加速度来计算运动物体的速度。

为了实现本发明的另一方面，提供了一种测量运动物体的速度的方法。该方法包括下述步骤：测量沿运动物体的运动方向的第一加速度和沿运动物体的横向方向的第二加速度；测量沿运动物体的横向方向的第一角速度和沿运动物体的向下方向的第二角速度；通过使用第二加速度、第二角速度、在运动物体的运动方向上的运动物体的先前速度和相对于运动物体的运动方向的先前道路倾斜角来计算运动物体的滚动角；通过使用计算出的滚动角、第一角速度和第二角速度来计算道路倾斜角；和通过使用计算出的道路倾斜角来计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度，并且通过使用所述运动物体的纯运动加速度来计算运动物体的速度。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的以上和其他目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是用于解释在运动物体加速度中包括的重力加速度分量的示图；

图2A和图2B表示在运动物体中定义的坐标轴；

图3是用于解释根据本发明的运动物体中陀螺仪和加速计的布置的示图；

图4是根据本发明的用于测量运动物体的速度的设备的方框图；

图5是表示根据本发明的用于测量运动物体的速度的方法的流程图；和

图6A、6B、7A和7B表示根据现有技术以及根据本发明的运动物体的测量速度。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在下面的描述中，为了简明而省略了对这里所包括的已知功能和结构的详细描述。

根据本发明的用于测量运动物体的速度的设备使用两轴陀螺仪和两轴加速计来计算运动物体的滚动角，并基于计算出的滚动角来测量运动物体的速度。

图3是用于解释根据本发明的运动物体中陀螺仪和加速计的布置的示图。在图3中，运动物体是车辆。

参照图3，X轴是连接车辆的前侧和后侧的车轮轴线，并且平行于车辆的运动方向。Y轴垂直于车辆的运动方向，并且穿过车辆侧面。Z轴垂直于X轴和Y轴，并连接车辆的顶部和底部。

根据本发明，用于测量运动物体的速度的设备包括：两个陀螺仪，彼此垂直地位于Y轴和Z轴上；和两个加速计，也彼此垂直地位于X轴和Y轴上。

位于Y轴上的Y轴陀螺仪测量沿Y轴的角速度ω_Y，位于Z轴上的Z轴陀螺仪测量沿Z轴的角速度ω_Z。位于X轴上的X轴加速计测量沿X轴的加速度f_X，位于Y轴上的Y轴加速计测量沿Y轴的加速度f_Y。

当重力加速度常数被假定为g时，由X轴加速计计算的沿X轴的加速度f_X如下表示为方程(4)：

f_X＝a_X+gsinθ-ω_ZV_Y+ω_YV_Z    …………………………(4)，

其中，a_X是运动物体沿X轴的实际运动加速度分量，g是重力加速度常数，gsinθ是重力加速度分量，-ω_ZV_Y+ω_YV_Z是由运动物体的旋转运动引起的加速度分量。

由Y轴加速计计算的沿Y轴的加速度f_Y如下表示为方程(5)：

f_Y＝a_Y-gsinφcosθ+ω_ZV_X+ω_XV_Z    …………………………(5)，

其中，a_Y是运动物体沿Y轴的实际运动加速度分量，g是重力加速度常数，-gsinφcosθ是重力加速度分量，ω_ZV_X+ω_XV_Z是由运动物体的旋转运动引起的加速度分量。

在方程(4)和(5)中，ω_X是沿X轴的角速度，ω_Y是沿Y轴的角速度，ω_Z是沿Z轴的角速度，V_X是沿X轴的速度分量，V_Y是沿Y轴的速度分量，V_Z是沿Z轴的速度分量。

由于车辆在X轴方向几乎沿直线运动，所以方程(4)和(5)中的V_Y和V_Z接近于0。因此，当V_Y和V_Z被假定为0时，沿X轴的加速度f_X如下表示为方程(6)：

f_X＝a_X+gsinθ……………………(6)，

为了获取包括在方程(6)中沿X轴的加速度f_X中的重力加速度分量gsinθ，应该首先计算道路倾斜角θ。

道路倾斜角θ可通过对方程(1)，即 $\underset{\mathrm{\θ}}{E}={\mathrm{\ω}}_Y\cos \mathrm{\φ}-{\mathrm{\ω}}_Z\sin \mathrm{\φ}$ 积分来获得。

通过对方程(1)积分，获得时刻t的道路倾斜角θ，并将其如下表示为方程(7)：

$\mathrm{\θ}={\mathrm{\θ}}_0+{\stackrel{{@}^{\′}}{A}}_0({\mathrm{\ω}}_Y\cos \mathrm{\φ}-{\mathrm{\ω}}_Y\sin \mathrm{\φ})\mathrm{dt}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(7\right),$

其中，θ₀是θ的初始值。

为了在方程(7)中计算道路倾斜角θ，必须首先获得滚动角φ。滚动角φ可通过使用方程(5)来计算。当在方程(5)中沿Y轴的加速度分量a_Y被假定为0时，方程(5)可如下表示为方程(8)：

f_Y＝-gsinφcosθ+ω_ZV_X+ω_XV_Z…………………………(8)，

f_Y可如下表示为滚动角φ的方程(9)：

φ≈sin^-1[(-f_Y+ω_zV_X)/gcosθ]………………(9)，

其中，f_Y使用Y轴加速计的测量值，ω_Z使用Z轴陀螺仪的测量值，沿X轴的速度V_X和道路倾斜角θ使用它们的前一估计值。所述前一估计值指的是先前估计值V_X和θ。当没有前一估计值时，可使用预定初始值。

通过在方程(9)中使用前一估计值V_X和θ，滚动角φ可如下通过方程(10)来给出：

$\widehat{\mathrm{\φ}}={\sin }^{-1}[(-f_Y+{\mathrm{\ω}}_Z\widehat{V_X})/g\cos \widehat{\mathrm{\θ}}]\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(10\right)$

通过将计算出的滚动角估计值

代入方程(1)中，道路倾斜角变化率

如下表示为方程(11)：

通过将Y轴陀螺仪的测量值ω_Y和Z轴陀螺仪的测量值ω_Z代入方程(11)中，计算出道路倾斜角变化率随后相对于时间轴对其积分以获取道路倾斜角θ。

通过使用计算出的道路倾斜角θ能够获得包括在方程(6)中沿X轴的加速度测量值f_X中的重力加速度分量gsinθ。

通过从沿X轴的加速度f_X中减去重力加速度分量gsinθ，获得运动物体沿X轴的纯运动加速度，如以下方程(12)中所示：

a_X＝f_X-gsinθ……………………(12)

通过相对于时间轴对使用方程(12)获得的纯运动加速度a_X积分，能够获得运动物体沿X轴的纯速度V_X。

因此，根据本发明的用于测量运动物体的速度的设备通过使用上述原理能够准确地测量运动物体的纯运动速度。

以下，将详细描述根据本发明的用于测量运动物体的速度的设备的结构。图4是根据本发明的用于测量运动物体的速度的设备的方框图。参照图4，该设备包括：X轴加速计110、Y轴加速计120、Y轴陀螺仪130、Z轴陀螺仪140、传感器数据处理器150、滚动角计算器160、倾斜角计算器170、速度计算器180和数据存储单元190。

X轴加速计110测量第一加速度，即沿X轴的加速度f_X。Y轴加速计120测量第二加速度，即沿Y轴的加速度f_Y。Y轴陀螺仪130测量第一角速度，即沿Y轴的角速度ω_Y。Z轴陀螺仪140测量第二角速度，即沿Z轴的角速度ω_Z。

传感器数据处理器150处理从X轴加速计110和Y轴加速计120输出的加速度测量值f_X和f_Y以及从Y轴陀螺仪130和Z轴陀螺仪140输出的角速度测量值ω_Y和ω_Z。换句话说，传感器数据处理器150修正加速度测量值f_X和f_Y以及角速度测量值ω_Y和ω_Z，并将修正数据提供给滚动角计算器160。

滚动角计算器160通过使用沿Y轴的加速度测量值f_Y、沿Z轴的角速度测量值ω_Z、先前沿X轴的速度V_X和先前道路倾斜角θ来计算运动物体的滚动角φ。换句话说，滚动角计算器160将由Y轴陀螺仪130测量的加速度f_Y的方程(5)整理成滚动角φ的方程(9)。滚动角计算器160通过将沿Y轴的加速度测量值f_X、沿Z轴的角速度测量值ω_Z、先前沿X轴的速度V_X和先前道路倾斜角θ代入方程(9)来计算滚动角φ。此时，先前沿X轴的速度V_X和先前道路倾斜角θ是前一估计值。所述前一估计值指的是先前估计值V_X和θ。当没有前一估计值时，可使用预定初始值。

倾斜角计算器170通过使用由滚动角计算器160计算的滚动角φ、由Y轴陀螺仪130测量的角速度ω_Y和由Z轴陀螺仪140测量的角速度ω_Z来计算道路倾斜角θ。换句话说，倾斜角计算器170通过使用前一估计值V_X和θ来获得滚动角φ的方程(10)，并通过将方程(10)代入方程(1)来使用方程(11)计算道路倾斜角变化率。倾斜角计算器170将计算出的滚动角φ、由Y轴陀螺仪130测量的角速度ω_Y和由Z轴陀螺仪140测量的角速度ω_Z代入方程(11)中，并相对于时间轴对道路倾斜角变化率积分，由此计算道路倾斜角θ。

速度计算器180通过使用由倾斜角计算器170计算的道路倾斜角θ和沿X轴的加速度测量值f_X来计算运动物体的准确速度。换句话说，速度计算器180通过使用道路倾斜角θ来在加速度f_X的方程(6)中计算重力加速度分量gsinθ。速度计算器180从加速度测量值f_X中减去重力加速度分量gsinθ，由此计算运动物体沿X轴的纯运动加速度，如方程(12)所示。

数据存储单元190存储由倾斜角计算器170计算的道路倾斜角θ和由速度计算器180计算的运动物体的纯速度V_X，并将存储的先前道路倾斜角θ和存储的运动物体的先前纯速度V_X提供给滚动角计算器160。因此，滚动角计算器160能够通过使用加速度测量值f_Y、角速度测量值ω_Z、先前纯速度V_X和先前道路倾斜角θ来计算滚动角φ。

以下，将详细描述根据本发明的测量运动物体速度的方法。图5是表示根据本发明的用于测量运动物体的速度的方法的流程图。参照图5，在图5的步骤402中获得加速度测量值f_Y。加速度测量值f_Y通过Y轴加速计120来获得，并指示沿Y轴的速度的变化量，所述Y轴垂直于沿运动物体前方方向的轴(X轴)并穿过运动物体的侧面。

在图5的步骤404中，获得角速度测量值ω_Z。角速度测量值ω_Z通过Z轴陀螺仪140来获得，并指示沿Z轴的角速度，所述Z轴沿运动物体的向下方向垂直于XY平面。

在图5的步骤406中，获得角速度测量值ω_Y。角速度测量值ω_Y通过Y轴陀螺仪130来获得，并指示沿穿过运动物体侧面的轴(Y轴)的角速度。

在获得加速度测量值f_Y以及角速度测量值ω_Z和ω_Y之后，在图5的步骤408中计算滚动角φ。简单地讲，通过使用获得的加速度测量值f_Y、角速度测量值ω_Z、沿X轴的先前速度V_X和先前道路倾斜角θ来计算滚动角φ。用于由Y轴陀螺仪130获得的加速度测量值f_Y的方程被整理成滚动角φ的方程。然后，通过将加速度测量值f_Y、角速度测量值ω_Z、沿X轴的先前速度V_X和先前道路倾斜角θ代入所述滚动角φ的方程来计算滚动角φ。此时，沿X轴的速度VX和道路倾斜角θ是前一估计值。所述前一估计值指的是先前估计值V_X和θ。当没有前一估计值时，可使用预定初始值。

在计算出滚动角φ之后，在图5的步骤410中计算道路倾斜变化率。换句话说，使用前一估计值V_X和θ来获得用于滚动角φ的方程(10)，并使用通过将方程(10)代入方程(1)而获得的方程(11)来计算道路倾斜变化率。

在图5的步骤412中，相对于时间轴对道路倾斜变化率求积分，由此计算道路倾斜角θ。

在图5的步骤414中，通过从沿X轴的加速度测量值f_X中减去重力加速度分量来计算纯运动加速度。换句话说，重力加速度分量gsinθ通过使用计算出的道路倾斜角θ来计算，并且纯运动加速度a_X通过从加速度测量值f_X中减去所述重力加速度分量来计算。

在图5的步骤416中，通过相对于时间轴对纯运动加速度a_X求积分来计算运动物体沿X轴的纯速度V_X。

换句话说，根据本发明，基于运动物体的滚动角能够准确地测量出运动物体的速度。

图6A、6B、7A和7B表示根据现有技术以及根据本发明测量出的运动物体的速度。在图6A、6B、7A和7B中，将根据现有技术不考虑运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度和根据本发明基于运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度与使用GPS测量出的运动物体的速度(V-GPS)比较。

执行这种比较的原因在于，使用GPS测量出的运动物体的速度与运动物体的实际速度相比误差较小。因此，在本发明中，假定使用GPS测量出的运动物体的速度是运动物体的实际速度。

作为第一比较结果，参照图6A，其示出了根据现有技术不考虑运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度的曲线图和使用GPS测量出的运动物体的速度的曲线图。在图6A中，水平轴指示时间轴(秒)，垂直轴指示速度轴(m/s)。在图6A中，

指示使用GPS测量出的运动物体的速度(V-GPS)，

指示根据现有技术不考虑运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度(V-DR)。参照图6A，当根据现有技术忽略了运动物体的滚动角时，根据现有技术测量出的速度(V-DR)与使用GPS测量出的速度(V-GPS)相比具有较大差异。因此，可以看出，不考虑滚动角的对运动物体速度的测量具有较大误差。

参照图6B，其示出了根据本发明基于运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度的曲线图和使用GPS测量出的运动物体的速度的曲线图。在图6B中，指示使用GPS测量出的运动物体的速度(V-GPS)，指示根据本发明基于运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度(V’-DR)。参照图6B，根据本发明测量出的速度(V’-DR)与使用GPS测量出的速度(V-GPS)相比具有较小差异。因此，通过基于运动物体的滚动角测量运动物体的速度能够获得几乎与运动物体的实际速度相同的速度。

作为第二比较结果，参照图7A，其示出了根据现有技术不考虑运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度的曲线图和使用GPS测量出的运动物体的速度的曲线图。在图7A中，

指示使用GPS测量出的运动物体的速度(V-GPS)，指示根据现有技术不考虑运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度(V-DR)。

参照图7B，其示出了根据本发明基于运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度的曲线图和使用GPS测量出的运动物体的速度的曲线图。在图7B中，

指示使用GPS测量出的运动物体的速度(V-GPS)，

指示根据本发明基于运动物体的滚动角测量出的运动物体的速度(V’-DR)。

当比较图7A和7B时，能够看出不考虑运动物体的滚动角的对运动物体速度的测量与基于运动物体的滚动角的对运动物体速度的测量之间的性能差异。换句话说，当根据本发明基于运动物体的滚动角测量运动物体的速度时，速度测量误差较小，并且能够获得几乎与运动物体的实际速度相同的速度。

如上所述，根据本发明，基于运动物体的滚动角能够准确地测量出运动物体的速度。

另外，对于基于运动物体的滚动角的测量，使用已经安装的加速计而不必另外安装昂贵且体积较大的陀螺仪，由此减小了DR系统的制造成本。

另外，通过准确地测量运动物体的速度，能够提高使用运动物体的速度对运动物体进行定位的准确度。

尽管已参照本发明的优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种形式和细节上的修改。

Claims (9)

1、一种测量运动物体的速度的设备，该设备包括：

加速计，用于测量沿运动物体的运动方向的第一加速度和沿运动物体的横向方向的第二加速度，所述横向方向是与运动物体的运动方向垂直且穿过运动物体的侧面的方向；

陀螺仪，用于测量沿运动物体的横向方向的第一角速度和沿运动物体的向下方向的第二角速度，所述向下方向是与运动物体的运动方向和所述横向方向垂直且连接运动物体的顶部和底部的方向；

滚动角计算器，用于通过使用第二加速度、第二角速度、在运动物体的运动方向上的运动物体的先前速度、相对于运动物体的运动方向的先前道路倾斜角和重力加速度来计算运动物体的滚动角；

倾斜角计算器，用于通过使用计算出的滚动角、第一角速度和第二角速度来计算道路倾斜角；和

速度计算器，用于通过使用计算出的道路倾斜角、重力加速度和第一加速度来计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度，并且用于通过使用所述运动物体的纯运动加速度来计算运动物体的速度。

2、如权利要求1所述的设备，还包括：数据存储单元，用于存储计算出的道路倾斜角和计算出的在运动物体的运动方向上的速度，并用于将先前道路倾斜角和在运动物体的运动方向上的先前速度提供给滚动角计算器。

3、如权利要求1所述的设备，其中，所述滚动角计算器在运动物体的运动方向上的先前速度或相对于运动物体的运动方向的先前道路倾斜角不存在的情况下使用预定初始值。

4、如权利要求1所述的设备，其中，所述速度计算器使用道路倾斜角来计算包括在第一加速度中的重力加速度分量，并从第一加速度中减去所述重力加速度分量，由此计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度。

5、如权利要求1所述的设备，其中，所述第一加速度和第二加速度是两轴加速度。

6、一种测量运动物体的速度的方法，该方法包括下述步骤：

测量沿运动物体的运动方向的第一加速度和沿运动物体的横向方向的第二加速度，所述横向方向是与运动物体的运动方向垂直且穿过运动物体的侧面的方向；

测量沿运动物体的横向方向的第一角速度和沿运动物体的向下方向的第二角速度，所述向下方向是与运动物体的运动方向和所述横向方向垂直且连接运动物体的顶部和底部的方向；

通过使用第二加速度、第二角速度、在运动物体的运动方向上的运动物体的先前速度、相对于运动物体的运动方向的先前道路倾斜角和重力加速度来计算运动物体的滚动角；

通过使用计算出的滚动角、第一角速度和第二角速度来计算道路倾斜角；和

通过使用计算出的道路倾斜角、重力加速度和第一加速度来计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度，并且通过使用所述运动物体的纯运动加速度来计算运动物体的速度。

7、如权利要求6所述的方法，还包括：存储计算出的道路倾斜角和计算出的在运动物体的运动方向上的速度。

8、如权利要求6所述的方法，还包括：如果既不存在运动物体的运动方向上的先前速度也不存在先前道路倾斜角，则使用预定初始值来计算运动物体的滚动角。

9、如权利要求6所述的方法，其中，获得在运动物体的运动方向上的纯运动加速度的步骤包括：

使用道路倾斜角来获得包括在第一加速度中的重力加速度分量；和

从第一加速度中减去所述重力加速度分量，由此计算在运动物体的运动方向上的纯运动加速度。

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