CN102648394A - 惯性测量单元(imu)的空间对准确定 - Google Patents

Abstract

本文中所公开的主题内容涉及用于确定惯性测量单元(IMU)的空间对准的系统和方法。作为示例，描述了一种方法，其中标识第一基于车辆的方向，并且将第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联。至少部分地基于该第一方向来确定IMU的空间对准。

Description

惯性测量单元(IMU)的空间对准确定

背景

领域：

本文中所公开的主题内容涉及确定惯性测量单元(IMU)的空间对准。

信息：

导航辅助长期以来对于商业和旅行是重要的。几百或几千年里，旅行者不得不依赖于纸质地图或友好陌生人的口头指引来找到其通往给定目的地的路线。相反，过去几十年开发出了电子导航辅助。由于其原始大小、费用及复杂性，它们起初主要由军队、其他政府实体、以及大型公共运输业者(诸如远洋班轮和飞机之类)使用。然而，近期有一些电子导航辅助已变得更小、更便宜且使用起来更简单。因此，它们已可供更广大的民众使用。

相比于传统的导航辅助，电子导航辅助可更加容易地使其导航信息保持时新，可提供更大量的导航信息，可提供先前不可能的附加特征，等等。例如，现代导航辅助可以能够提供可包括但不限于以下各项的许多导航有关特征中的任何特征：提供大致指引、标绘出发点与目的地之间的路线、显示地图、呈现所谓的路口转弯(turn-by-turn)指引、记录已行进的路径、其组合、等等。

示例类型的电子导航辅助使用卫星定位系统(SPS)结合惯性导航系统(INS)。这种有时被称为SPS-INS导航系统的类型的电子导航辅助使用IMU。为了操作此类SPS-INS导航系统，IMU相对于地心地固(ECEF)坐标系的空间对准要被确定到某个精度。

如以上指出的，一些导航辅助实现在相对较小的封装中，包括能够由个人携带的一些设备。也可以使此类便携式设备充分便宜从而让许多人认为能负担得起。遗憾的是，已为具有导航辅助有关特征的设备实现的大小和成本缩减可能产生负面结果。更具体而言，此类设备确定充分准确的IMU空间对准的能力一般较弱。因此，在某些情景中，将此类设备与SPS-INS导航系统联用可能是困难的、麻烦的、或甚至是不可能的。

附图简述

将参照以下附图来描述非限定性和非穷尽性特征，其中类似参考标号贯穿各附图指代类似部分。

图1是根据一实现的其中可用惯性测量单元(IMU)和SPS单元(SPSU)来实现SPS-INS导航系统的示例环境的框图。

图2描绘根据一实现的包括示例IMU和示例SPSU的框图。

图3根据一实现图形地解说ECEF坐标系与基于主方向的坐标系之间的示例关系。

图4根据一实现图形地解说基于主方向的坐标系与基于车辆的坐标系之间的示例关系。

图5根据一实现图形地解说因车辆的典型结构方面导致的车辆运动的基于车辆的示例潜在方向。

图6根据一实现图形地解说两种示例类型的基于车辆的方向以及可与此类基于车辆的方向相关(correlate)的两种示例类型的可获得的车辆有关运动数据。

图7是解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的示例机制的示意框图。

图8是解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的示例方法的流程图。

图9、10和11是联合地解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的另一示例机制的框图。

图12是解说根据一实现的可实现用于确定IMU的空间对准的一个或更多个方面的示例设备的示意图。

概述

在示例实现中，提供了一种方法，其中标识第一基于车辆的方向，并且将第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联。至少部分地基于该第一方向来确定IMU的空间对准。然而应领会，这仅是示例实现，且其他实现在本文中作了描述且可被采用而不会脱离所要求保护的主题内容。

详细描述

贯穿本说明书引述的“一个示例”、“一个特征”、“示例”、“一特征”等意指结合该特征和/或示例所描述的特定特征、结构、特性等与所要求保护的主题内容的至少一个特征和/或示例有关。因此，贯穿本说明书各处出现的诸如“在一个示例中”、“示例”、“在一个特征中”、“特征”等短语不一定全部指代相同的特征和/或示例。此外，特定特征、结构、特性等可在一个或更多示例和/或特征中被组合。

如以上指出的，可确定IMU相对于ECEF坐标系的空间对准以促成SPS-INS导航系统中的INS-SPS组合导航。IMU的空间对准可用与重力和与地球旋转有关的两个向量来确定。前者可用加速计来检测，而后者可用相对高质量的陀螺仪来检测。然而，目前使用的使导航辅助能更紧凑且较不昂贵的技术之一涉及微机电系统(MEMS)传感器。遗憾的是，此类MEMS传感器中的固有噪声淹没了对地球旋转的更精细测量。因此，地球旋转用当前的MEMS传感器可能无法检测。

作为确定IMU的空间对准的另一种可能办法，可使IMU传感器系与其所耦合到的车辆的物理结构物理地对准。这使得能在由IMU传感器系检测到的前向加速度与(例如，可基于经由诸如SPS之类的另一导航装置和/或系统提供的速度数据的)前向速度信息之间引起对应关系。遗憾的是，这可能使得必须将容纳IMU的设备附着在车辆特定的预定位置。尽管这对于与车辆整合的导航辅助而言可能是可接受的办法，但对于提供导航辅助特征的便携式设备而言即使可实行其可接受程度也低得多。这对于除导航以外还包括许多其他特征(例如，诸如通信)的移动站而言尤其是不可接受的，因为用户很可能一直在下车时将该移动站从车辆移走。

然而，实验已揭示了近似对准通常足以启动SPS-INS导航系统。在启动之后，可在SPS-INS组合导航期间使用来自SPS的信息来解析对准角的改善值。IMU的空间对准的确定可基于以下原理：若ECEF坐标系中已知的向量能被IMU测量到，则这些向量能被用来推导IMU与ECEF系之间的空间关系。

对于MEMS IMU系统，例如，这意味着或许不可能对驻定系统执行完全对准，因为在驻定期期间，可观察量是重力。这留下了一个未确定的自由度。另一方面，在运动的平台上测量到的重力由于宿主平台的伴随加速度因而具有降级的准确性。这创生了固有矛盾，该固有矛盾可通过在系统驻定时测量重力并随后确定IMU与非零SPS速度的空间对准来解决。该办法的缺点是双重的：首先，重力方向和SPS速度方向并不严格对应于同一对准，因为它们被时间和空间所分隔开；第二，为了使该办法起效，IMU的选定轴仍以已知方式与SPS速度方向物理地对准。

另一方面，对于某些示例实现，不需要假定在导航会话开头是驻定状态或者IMU轴相对于车辆或相对于ECEF系有任何特定对准。作为代替，当正在(例如，使用诸如SPS之类的导航有关装置和/或系统)测量车辆速度时可使IMU的物理对准和/或容纳IMU的设备的物理对准相对于车辆保持恒定。某些示例实现是基于在IMU坐标系中测量在基于地球的坐标系中已知的或至少可变换到基于地球的坐标系中的向量。例如，可将车辆有关运动数据与一个或更多个测得加速度相关以标识一个或更多个基于车辆的方向。此类基于车辆的方向可与可变换到基于地球的坐标系的方向相关联。

图1是根据一实现的其中可用IMU 102和SPSU 104来实现SPS-INS导航系统的示例环境100的框图。如所解说的，示例环境100包括IMU 102、SPSU104、移动站106、底座108、车辆110、卫星112和导航图标114。在一示例中，移动站106可包括IMU 102和SPSU 104。移动站106可以可拆卸地紧固到底座108。底座108可以固定地紧固于车辆110。车辆110能够绕地球、在地球上、在地球上方等运动，如导航图标114所指示的。可由涉及一颗或更多颗卫星112的SPS结合至少SPSU 104来促成导航。

移动站106可替换地被(可拆卸地或永久地)耦合到IMU 102和/或SPSU104(例如，作为物理上附连的或无线地耦合的单独模块)。移动站106可包括任何包含导航辅助有关特征的便携式设备。移动站106可实现为智能电话、移动电话、移动终端、个人数字助理(PDA)、个人信息管理器(PIM)、个人导航设备(PND)、所谓的上网本、膝上型或笔记本计算机、娱乐设施(例如，媒体播放器、游戏机等)、专用导航设备、其某种组合、等等，这里仅列举了少数示例。下文特别参照图12来描述包括IMU 102和SPSU 104的可以能够接收无线通信和/或导航信号并提供导航特征的一般性设备。

在示例实现中，底座108可以固定地(但要么永久地要么可拆卸地)附于车辆110。底座108可被适配成接纳移动站106并将移动站106紧固至底座108。因此，移动站106经由底座108紧固成与车辆110呈固定关系。该安排使得用户在离开车辆110时能方便地带走移动站106，而在车辆处于运动中时仍保持移动站106相对于车辆110固定。替换地，可在不使用底座108的情况下维持移动站106相对于车辆110呈恒定物理对准(例如，通过使用将移动站106直接耦合到车辆110的其他某种机制、通过手动保持其就位等)。

本文中描述的示例实现可与各种SPS联用。示例包括，但不限于，美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯Glonass系统、欧洲Galileo(伽利略)系统、任何使用来自卫星系统的组合的卫星的系统、任何在将来开发的卫星系统等等。此外，本文中描述的实现可随同利用伪卫星或者卫星与伪卫星的组合的定位确定系统一起使用。伪卫星一般是广播被调制在L频带(或其他频率)载波信号上的伪随机噪声(PRN)码或其他测距码(例如，类似于GPS或CDMA蜂窝信号)的基于地面的发射机，该载波信号可以与GPS时间同步。每一个这样的发射机可以被指派唯一性的PN码从而准许其被远程接收机标识。伪卫星在其中来自轨道卫星的GPS信号可能不可用的境况中尤其有用，诸如在隧道、矿区、建筑、市区峡谷或其他封闭地区中。伪卫星的另一种实现被称为无线电信标。如本文中所使用的术语“卫星”旨在包括伪卫星、伪卫星的等效物、以及相似和/或类同技术。如本文中所使用的术语“SPS信号”旨在包括来自伪卫星或伪卫星的等效物的类SPS信号。

图2描绘根据一实现的包括示例IMU 102和示例SPSU 104的框图200。在一示例中，IMU 102可包括至少一个加速计202和至少一个陀螺仪204。如所解说的，IMU 102包括三个加速计202(1)、202(2)和202(3)以及三个陀螺仪204(1)、204(2)和204(3)。然而，给定IMU 102可包括更多或更少加速计202和/或陀螺仪204。

如图所示，每个加速计202(1)、202(2)和202(3)测量并提供各自相应的加速度206(1)、206(2)和206(3)。类似地，每个陀螺仪204(1)、204(2)和204(3)测量并提供各自相应的旋转208(1)、208(2)和208(3)。而且，经由从卫星系统接收的和/或与卫星系统交换的信号，SPSU 104可提供SPS数据。例如，SPSU104可以能够提供位置数据210和/或速度数据212。若提供的是位置210(而非速度212)，则位置210随时间的改变可被用来计算从SPS位置数据推导出的或另行基于SPS位置数据的速度212。

一般而言，传感器(例如，加速计202、陀螺仪204等)可被包含在便携式设备自身内，或者可代替地与此类便携式设备通信。例如，此类传感器可被包含在可耦合到便携式电子设备的模块内以测量运动。此类模块可包括例如可以可拆卸地耦合到便携式电子设备的另一电子设备。

加速计可被用于感测重力或该加速计所体验到的任何其它(例如，线性)力的方向。陀螺仪可被用于测量旋转信息，包括航向改变。陀螺仪可检测由于例如在蜿蜒的道路或不平坦的道路上驾驶而导致的旋转。

若特定实现采用加速计和陀螺仪(“gyros”)两者，则可提供6个维度的可观察性(x，y，z，ω，

ψ)。加速计可感测线性运动(例如，在诸如水平面之类的平面中的平移)。可参照至少两个维度来测量平移。这样的加速计还能提供对物体的倾斜(侧滚或俯仰)的测量。由此，有了单个3D加速计，就能感测对象在笛卡尔坐标空间(x，y，z)中的运动，并且能感测重力方向以估计该对象的侧滚(ω)和俯仰

由于加速计也许不能容易地区分对象的线性运动与倾斜，因此可以使用陀螺仪来测量绕(x，y，z)坐标的旋转，即侧滚(ω)和/或俯仰

和/或平摇(ψ)，后者有时被称作方位角或航向。线性和角加速计、陀螺仪等可被整合到便携式电子设备中以提供胜任的方次的可观察性。

一些加速计可以提供幅值和/或方向，而其他加速计可能简单地提供运动指示而不带幅值。加速计可测量沿参照一个、两个或三个线性方向的线的线性运动，这些线性方向往往用笛卡尔坐标(x，y，z)来述及。例如，一维加速计可提供指示沿x-维的线性运动的测量。二维加速计可提供指示在沿x-维和y-维两者的平面中的线性运动的测量，而三维加速计可提供指示在沿x、y和z-维的3维空间中的线性运动的测量。仅作为示例，三维加速计可包括二维加速计与一维加速计的组合，或者其可包括三个一维加速计。

测得加速度可以用向量形式来表达(例如，具有幅值和方向和/或与幅值和方向相关联)，或者它们可表达为标量值、一系列标量值、时变函数、其某种组合等。一般而言，加速计可包括用于检测运动并生成指示沿这样的加速计的这一个、两个或三个维度的线性运动的信息的感测装置。替换地，可以使用非笛卡尔坐标系。在特定实现中，坐标系可定义相互正交的维度。应注意，可在所描述的实现中替换地采用不同于上述示例的加速计而不脱离所要求保护的主题内容。

陀螺仪可测量旋转并用标量值、一系列标量值、时变函数、向量等来表示此类旋转运动，这里仅列举了少数示例。陀螺仪可测量绕一个、两个或三个维的旋转运动(例如，向量)。在一个特定实现中，陀螺旋转可以是以坐标(ω，ψ)的形式来测量的，其中tau(ω)表示平摇或即绕z-维的旋转，

表示侧滚或即绕x-维的旋转，而psi(ψ)表示俯仰或即绕y-维的旋转。在示例实现中，陀螺仪可包括一维陀螺仪以提供指示绕第一维的旋转运动的测量。在另一示例实现中，陀螺仪可包括二维陀螺仪以提供指示绕第一维和第二维的旋转运动的测量。类似地，在另一示例实现中，陀螺仪可包括三维陀螺仪以提供指示绕第一、第二和第三维的旋转运动的测量。

作为示例，此类三维陀螺仪可包括二维陀螺仪与一维陀螺仪的组合，或者其可包括三个一维陀螺仪。旋转运动可由三个标量值、一系列标量值、向量形式的时变函数等来表示，这里仅列举了少数示例。在特定实现中，陀螺仪可包括用于检测运动并产生指示绕该陀螺仪的一个、两个或三个维的旋转(例如，角)运动的信息的感测机制。应注意，可在所描述的实现中替换地采用不同于上述示例的陀螺仪而不脱离所要求保护的主题内容。

举例而言，单个(例如，1-D)加速计可测量加速度，而单个(例如，1-D)陀螺仪可测量诸如倾斜或侧滚之类的旋转运动。另外，将两个单独的加速计、两个单独的陀螺仪、或者加速计与陀螺仪的组合整合到便携式电子设备中可以用来既感测加速度又感测角运动。在另一示例中，三维加速计和三维陀螺仪(例如，包括三个1-D加速计和陀螺仪)提供六个维度的可观察性(x，y，x，ω，

ψ)。可以使用维度约简的传感器来感测较少维度的加速度和/或旋转运动。例如，二维加速计和二维陀螺仪可以提供四个维度的可观察性(x，y，ω，

)。本文中描述的某些示例实现可实现一个或更多个维度的至少一个加速计202以获得加速度数据206以及实现一个或更多个维度的至少一个陀螺仪204以获得旋转数据208。

特别参照图3-6来描述不同的坐标系。如以上讨论的，可由IMU测量的方向可被变换到基于地球的坐标系以确定IMU相对于基于地球的坐标系的空间对准。可采用一个或更多个中间变换来达成整体变换。在某些示例实现中，从IMU坐标系向基于地球的坐标系的转换是使用一系列(例如，三次)旋转来完成的。多个坐标系中的每一个可从一个坐标系变换到另一个。

为了从IMU坐标系转换到基于地球的坐标系，例如可使用变换矩阵。因此，可至少近似地确定IMU坐标系与ECEF坐标系之间的变换矩阵

该旋转矩阵可被构造成一系列旋转，如下式(1)中所示：

$R_{\mathrm{IMU}}^{\mathrm{ECEF}}=R_{\mathrm{ENU}}^{\mathrm{ECEF}}{R}_{\mathrm{RCU}}^{\mathrm{ENU}}{R}_{\mathrm{IMU}}^{\mathrm{RCU}}.---\left(1\right)$

变量“RCU”代表右、对地航线(course-over-ground)、及上方向。变量“ENU”代表东、北、及上方向。如本文中所使用的，“基于地球的坐标系”可以指ECEF。“基于主方向的坐标系”可以指利用主方向的坐标系，诸如举例而言ENU系。“基于车辆的坐标系”可以指利用车辆的运动通常所在的方向的坐标系，诸如举例而言RCU系。

因此，对于涉及式(1)的示例实现，变换可从IMU前进至RCU，从RCU前进至ENU，以及从ENU前进至ECEF。可方便地选择RCU坐标系以使得RCU中已知的向量能在IMU坐标系中测量。这促成了其向ECEF系中的变换，因为

和

两者皆可使用例如来自SPS的数据来访问或获得。

图3根据一实现图形地解说ECEF坐标系与基于主方向的坐标系之间的示例关系300。换言之，图3可解说ECEF与ENU坐标系之间的示例关系。关系300被解说为包括代表地球的球形。地球被示为具有三个轴X_ECEF、Y_ECEF和Z_ECEF。也画出了本初子午线作为参考。这些轴可代表ECEF。

作为示例基于主方向的坐标系的ENU也包括三个轴。例如，这三个轴和方向可以为：东(E)、北(N)和上(U)。应注意，鉴于该ENU和ECEF系在下文描述的示例数学实现中是同心的，图3有些许不精确。换言之，这两个系之间没有平移；因此，可在不平移的情况下使用旋转来完成变换。旋转

可取决于可从例如SPS解获得的大地测量学坐标纬度

和经度λ，如式(2)中所示：

图4根据一实现图形地解说基于主方向的坐标系与基于车辆的坐标系之间的示例关系400。换言之，图4可解说ENU与ECU坐标系之间的示例关系。来自(图3的)关系300的ENU坐标系也被描绘关系400的一部分。作为示例基于车辆方向的坐标系的RCU也包括三个轴。例如，这三个轴和方向可以为：右(R)402、对地航线(C)404和上(U)406。这三个RCU轴和方向可参照车辆110来定义。

RCU坐标系可从ENU系通过绕上(U)轴406旋转ENU系以使得北(N)轴指向SPS速度的水平分量的方向(例如，对地航线(C)方向404)来构造。这促成了坐标系转换，因为该SPS速度分量近似指向车辆的前向轴的方向。本文中描述的多个示例实现述及SPS导出数据、SPS有关位置数据、和/或SPS有关速度数据。然而，应理解，此类数据可从作为SPS源的替代或补充的一个或数个不同源获得。例如，可从不同的导航有关装置和/或系统推导和/或另行获得位置数据和/或速度数据。

旋转

可使用从SPS数据推导出的速度来计算，如式(3)-(7)中所示：

$R_{\mathrm{RCU}}^{\mathrm{ENU}}=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\γ}& 0\\ \sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中

使用SPS速度的东和北分量

在示例实现中，在此分析中可考虑其水平SPS速率大于0的那些点。这可以使用以下介绍的最小速率条件来完成。

还需探明

矩阵才能使用式(1)来计算

图5和6解说了与探明

矩阵有关的概念。

图5根据一实现图形地解说因车辆110的典型结构方面导致的车辆运动的基于车辆的示例潜在方向502。应注意，车辆很可能运动的方向受车辆的典型结构方面约束。例如，车辆可具有约束如何推进车辆的多个轴。因此，车辆很少侧向运动(例如，滑行)。若移动站与IMU相关联而该IMU相对于它正身处其中运动着的车辆固定，则这些车辆有关运动约束可被有效地传递到IMU传感器系。

车辆110可被视为在基于车辆的坐标系(诸如所解说的RCU坐标系)中操作。上(U)方向406可继续与重力方向基本平行地延伸。应理解，这两个方向(例如，上和重力)出于数个原因可能不是完全相同。仅作为示例，在车辆行经地球的上坡、下坡以及越过斜坡部分时，上方向可能不平行于重力方向。尽管如此，上(U)方向406仍可被视为与重力方向基本平行。

对于示例实现，图5中示出两个基于车辆的方向502。基于车辆的一个示例方向502可对应于对地航线(C)方向404。基于车辆的另一示例方向502可对应于右(R)方向402。可将这两个基于车辆的方向502与其他数据相关以促成对IMU对准的确定。相关(correlation)操作以下特别参照图6来介绍并在此后进一步解释。

图6根据一实现图形地解说两种示例类型的基于车辆的方向以及可与此类基于车辆的方向相关的两种示例类型的可获得的车辆有关运动数据。如所解说的，有三个与IMU坐标系有关的方向：右左方向602；前后方向604；以及上下方向606。如上所述，上下方向606可对应于(图4和5的)上(U)方向406。

在某些示例实现中，(图5的)基于车辆的方向502的示例对应方向包括但不限于右左方向602和前后方向604。更具体而言，右左方向602可对应于(图4和5的)右(R)方向402，并且前后方向604可对应于(图4和5的)对地航线(C)方向404。通过将标识出的车辆方向(例如，602、604和/或606)与基于车辆的方向(例如，402、404、406和/或502)相关联，便可在RCU坐标系中有效地实现与IMU测量相关联的方向。右左方向602、前后方向604、和/或上下方向606可使用例如通过IMU捕获的测量来标识。此类测量可以是加速度、旋转等，这里仅列举了少数示例。

为了标识此类方向，可探明并分析一个或更多个相关指示。在示例实现中，前后方向604可基于从由IMU测得的加速度与从自SPS数据获得的速度数据推导出的加速度608之间和/或之中的一个或更多个相关(correlation)操作得到的至少一个相关指示来标识。SPS数据可包括例如(图2的)位置数据210和/或(例如，直接)速度数据212。在另一示例实现中，右左方向602可基于从由IMU测得的加速度与旋转数据610之间和/或之中的一个或更多个相关操作得到的至少一个相关指示来标识。旋转数据610可例如从由陀螺仪(例如，其可被包括作为IMU的部分)测得的旋转数据208或从经由不同源另行测得或获得的数据推导出。旋转数据610可反映绕与上下方向606相对应的轴的一个或更多个旋转612(和/或其部分)。

图7是解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的示例机制700的框图。如所解说的，机制700包括车辆有关运动数据702、一个或更多个相关(correlation)单元704、至少一个关联单元706、第一方向708、至少一个确定单元710、以及空间对准712。机制700还包括第一加速度206-1和第二加速度206-2。

对于某些示例实现，相关单元704用于执行涉及车辆有关运动数据702且涉及第一加速度206-1或第二加速度206-2中的至少一者的一个或更多个相关操作。第一加速度206-1和第二加速度206-2可对应于如由IMU测得的(图2的)加速度206(1)、206(2)、和/或206(3)中的一个或更多个。换言之，在示例实现中，第一加速度206-1和/或第二加速度206-2可等同于、推导自(等)由(图1、2和12的)IMU 102的(图2的)一个或更多个加速计202测得的加速度206中的一者或其组合。第一加速度206-1和第二加速度206-2各自可包括或关联于该加速度的方向(如为机制700用虚线示出的)。车辆有关运动数据702的示例可包括，但不限于，SPS导出加速度608、旋转数据610、等等。相关操作可得到至少一个相关指示。

基于车辆的方向502可基于该一个或更多个相关操作(例如，基于该至少一个相关指示)来标识。如上所述，基于车辆的方向502的示例可包括，但不限于，前后方向604和右左方向602。关联单元706可将标识出的基于车辆的方向502与第一方向708相关联。换言之，基于该一个或更多个相关操作，可将第一方向708与关联于第一加速度206-1或第二加速度206-2的这些方向中的至少一个方向相关联。

第一方向708可对应于基于车辆的坐标系(例如，RCU)中的方向之一。因此，可基于该一个或更多个相关操作将关联于第一加速度206-1或第二加速度206-2的方向之一与例如右(R)方向402或对地航线(C)方向404相关联。确定单元710可至少部分地基于第一方向708来确定(图1、2和12的)IMU102的空间对准712。该确定可使得必须进行一个或更多个变换。例如式(1)的旋转矩阵可被用于确定空间对准712。

下文特别参照图9-11的机制900来描述某些示例方面的更详细说明。机制900描述了如何可使用第一和第二加速度206-1或206-2中的一者来标识一个基于车辆的方向502、以及如何可使用第一和第二加速度206-1或206-2中的另一者来标识另一个基于车辆的方向502。以该示例方式，右左方向602和前后方向604可被标识。机制900还描述了如何可使用第三加速度206-3来标识可与重力方向基本平行的上下方向。应注意，基于车辆的坐标系(例如，RCU)的多个方向可基本正交。若三个方向正交，则可从第一和第二方向找到第三方向。因此，若已标识出上下方向606，则右左方向602或前后方向604中的一者可从另一者来找到。

图8是解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的示例方法的流程图800。如所解说的，流程图800包括6个操作框802、804、804a、804b、806和808。尽管操作802-808(包括804a和804b)是以特定次序来示出和描述的，但是应理解，可以替换方式执行各方法而不脱离所要求保护的主题内容。

对于某些示例实现，在操作802处，可使用IMU测量一个或更多个加速度。在操作804处，可基于涉及车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向。

在操作806处，可将该第一基于车辆的方向与可变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联。在操作808处，可基于该第一方向来确定IMU相对于基于地球的坐标系的空间对准。

该空间对准可由确定它的设备和/或由另一设备利用。该空间对准例如可使用有线链路(例如，直接连接、电缆等)或无线链路(例如，红外、Wi-Fi、蓝牙

蜂窝技术等)被传达给另一设备。所确定的IMU空间对准可例如应用于由SPS-INS或其他导航技术执行的导航。

标识第一基于车辆的方向的操作(804)可使用操作804a和/或操作804b来实现。在操作804a，可执行涉及SPS导出加速度且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作以标识前后方向。在操作804b，可执行涉及旋转数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作以标识右左方向。

图9、10和11是解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的另一示例机制900的框图。机制900分布在图9、10和11上。机制900可使用例如三个加速度来实现：第一加速度206-1、第二加速度206-2、和第三加速度206-3。

如所解说的，图9中的机制900A包括加速度比较单元902和(重力)方向标识单元904。对于某些示例实现，加速度206可被提供给加速度比较单元902。尤其是若原始的测得加速度206被提供给加速度比较单元902，则加速度比较单元902可处理加速度206。例如，可以一种或更多种方式过滤时间上的多个加速度。例如，可在时间上对加速度取平均。无论如何，加速度比较单元902可比较这多个加速度以探明哪个加速度最强。最强加速度可被输出作为第三加速度206-3。

方向标识单元904获得第三加速度206-3并探明随其所包括或至少与之相关联的方向。(最强)第三加速度206-3的方向被标识为上下方向606。由于重力创生最强加速度，因此上下方向606与重力方向至少基本平行。上下方向606在图11中应用。

非最强的(诸)加速度可由加速度比较单元902输出作为第一加速度206-1和/或第二加速度206-2。第一和第二加速度206-1和206-2在图10中应用。机制900还应用车辆有关运动数据702。作为示例，车辆有关运动数据702可包括SPS导出加速度608、旋转数据610、等等。车辆有关运动数据702在图10中应用。

如所解说的，图10中的机制900B包括相关(correlation)单元704a、相关单元704b、以及基于车辆的方向标识单元1002。第一加速度206-1、第二加速度206-2、SPS导出加速度608和旋转数据610是从图9提供的。对于某些示例实现，第一加速度206-1和/或第二加速度206-2可被提供给相关单元704a和相关单元704b。相关单元704a可执行SPS导出加速度608与第一加速度206-1和/或第二加速度206-2之间和/或之中的一个或更多个相关操作。(诸)相关操作可产生至少一个相关指示。基于涉及SPS导出加速度608的该至少一个相关指示，可由基于车辆的方向标识单元1002标识前后方向604。例如，可在与第一加速度206-1相关联的方向和与第二加速度206-2相关联的方向之间选择作为前后方向604的方向。例如，与第一加速度206-1或第二加速度206-2相关联的、与SPS导出加速度608具有较高相关的方向可被标识为前后方向604。

相关单元704b可在旋转数据610和第一加速度206-1和/或第二加速度206-2之间和/或之中执行一个或更多个相关操作。(诸)相关操作可产生至少一个相关指示。基于涉及旋转数据610的该至少一个相关指示，可由基于车辆的方向标识单元1002标识右左方向602。例如，可在与第一加速度206-1相关联的方向和与第二加速度206-2相关联的方向之间选择作为右左方向602的方向。例如，与第一加速度206-1或第二加速度206-2相关联的、与旋转数据610具有较高相关的方向可被标识为右左方向602。

对右左方向602和/或前后方向604的标识可涉及由基于车辆的方向标识单元1002作出的附加分析。例如，可将该至少一个相关指示与在标识方向前要满足(例如，等于或超过)的预定阈值作比较。而且，可实现在标识方向之前确保两个相关指示之间存在预定阈值跨距或差距(例如，确保一个相关指示充分大于另一个)的阈操作。此外，可核实不同相关操作提供一致结果。可替换地实现在标识方向前对相关指示的其他分析而不脱离所要求保护的主题内容。下文结合示例数学说明来描述更详细的分析示例。而且，如上所述，在标识了上下方向606之后，对右左方向602或前后方向604中的一者的标识使得另一者能使用正交性原理(例如，右手定则)来标识。

如所解说的，(图9的)机制900A标识上下方向606，并且(图9B的)机制900B标识右左方向602和前后方向604。这些标识出的方向可被视为对应于IMU坐标系。因此，可将这三个标识出的方向与基于车辆的坐标系(例如，RCU坐标系)中的方向相关联以将它们与可变换到基于地球的坐标系的方向相关联。图11中示出示例关联，其中应用来自机制900B的右左方向602和前后方向604。

如所解说的，图11中的机制900C包括关联单元706a、706b和706c。上下方向606是从图9提供的。右左方向602和前后方向604是从图10提供的。对于某些示例实现一般而言，关联单元706可将相应各个基于车辆的方向与相应各个可变换到基于地球的坐标系的方向相关联。更具体而言，关联单元706a可将右左方向602与右(R)方向402相关联。关联单元706b可将前后方向604与对地航线(C)方向404相关联。关联单元706c可将上下方向606与上(U)方向406相关联。

右(R)方向402、对地航线(C)方向404、以及上(U)方向406是基于车辆的坐标系中的可变换到基于地球的坐标系中的方向。它们例如可使用一个或更多个旋转矩阵来变换。作为示例而非限定，基于车辆的坐标系中的方向可被变换成基于主方向的坐标系中的方向。基于主方向的坐标系中的方向可被变换到基于地球的坐标系中。

下文从相对数学的观点进一步描述多个示例实现。在数学地描述的第一示例实现中，分析由IMU测得的加速度并计算其本征向量。本征向量的方向被用于标识基于车辆的方向。在以下数学地描述的第二示例实现中，实现二维本征向量办法。在以下数学地描述的第三示例实现中，实现省去本征向量探查的二维相关办法。后两种示例实现将加速度投影到与重力方向至少基本正交的平面上。如上文描述的，可能不能精确地获得重力方向(例如，由于车辆可能正行经的斜坡)。可替换地实现其他办法而不脱离所要求保护的主题内容。

在数学地描述的第一示例实现中，可实现6个示例操作。第一，可通过对测得加速度取平均来确定重力方向。第二，可通过找到加速度本征向量来找出整群形式的上下方向、前后方向和横向方向。第三，可通过将上下本征向量与重力方向匹配并构造对应的单位向量来标识向上方向。第四，可通过将Z陀螺仪数据(例如，上陀螺仪数据)与沿右左轴的加速计测量相关来沿右左轴标识“右”方向。也可构造对应的单位向量。

第五，可通过将沿前后轴的IMU加速度与沿SPS速度方向的SPS导出加速度相关来标识前向方向。也可构造对应的单位向量。第六，可使用这些单位向量来构造车辆与ECEF坐标系之间的旋转矩阵。应注意，可实现6个操作中不满全部的操作而不脱离所要求保护的主题内容。而且，这些操作可按不同次序实现而不脱离所要求保护的主题内容。

对于第一操作，重力方向可被用于(部分地)对准IMU，因为与重力相对应的加速度在RCU系中指向上，因此在归一化之后，其表示RCU系中的向上轴。尽管由加速计获得的重力测量受车辆的伴随加速度扰动，但车辆加速度很可能随时间推移被平均掉。即使该假定不是完全正确的，可能导致的水平对准误差对于成功初始化IMU而言也是可接受的。根据将IMU数据从IMU系旋转各个量到失准系中的失准研究，为了在与SPS数据的组合导航开始之后成功对准IMU，能容忍多达例如10度的初始IMU取向误差。

根据以上假定，在IMU传感器系中测得的平均加速度向量d指向上，与重力相对，如式(8)中所示：

$d=\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i,---\left(8\right)$

其中n为合适地选择的取样大小。为了使转弯效应最小化，可根据式(9)考虑陀螺仪读数低于经验阈值的那些数据点：

在实际实现中，式(8)中的除以n可被省略，因为d的长度在后续计算中不是特别重要。

若车辆处于运动中或者若车辆恰好在这些测量期间驻定，则实现第一操作的该示例办法起效。事实上，若车辆驻定，该办法可能效果更好，因为以此方式在驻定期期间获得d向量在实效上类同于确定侧滚和俯仰角——这是用于初始驻定对准的常规方法。

对于第二操作，可探明车辆轴方向。观察到在路面车辆中，由于此类车辆的机械构建，测得加速度的水平分量大多数在平均意义上指向横向和前向车辆体轴的方向。车辆速度变化显现在前后方向上。由于转弯造成的向心加速度和由于侧滚造成的重力分量显现在右左(例如，横向)方向上。可使用例如本征向量方法来探明加速度的这些强势空间方向。

首先，可针对每个历元i计算测得加速度向量的外积：

$A_i=\left[\begin{array}{c}{a}_{i,0}\\ a_{i,1}\\ a_{i,2}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}{a}_{i,0}& a_{i,1}& a_{i,2}\end{array}\right],---\left(10\right)$

然后对合适的取样大小n取平均，例如n＝60：

$A=\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i.---\left(11\right)$

在实际实现中，除以n可被省略，因为矩阵元素的绝对幅值在后续计算中不是特别重要。取而代之，可使用其相对幅值。

为了使因低速导致的方向不定性最小化，可使用式(12)和(13)来考虑SPS速度高于经验地确定的阈值的那些数据点：

在求解下式(14)：

A·e_k＝λ_k·e_k，k＝0，1，2，                        (14)

之后，可考虑本征向量e₀，e₁，e₂及其对应的本征值λ₀，λ₁，λ₂。这些本征向量被排序和命名以使得|λ₀|≤|λ₁|≤|λ₂|。在本文中，它们有时也可分别被称为第一、第二、和第三加速度。

对于第三操作，可标识上下单位向量(例如，其是上下方向606的示例)。与最大本征值相对应(而不考虑其符号)的本征向量提供重力方向。在已知d指向上的情况下使用式(15)和(16)来调整e₂的符号：

若e₂·d＞0则u＝e₂                                   (15)

若e₂·d＜0则u＝-e₂                                  (16)

其中u是上下指向的单位向量。

对于第四操作，可标识指向右的单位向量(例如，其是右左方向602的示例)。观察到垂直陀螺仪分量可与横向加速度高度相关。这可被用于选择车辆的横向体轴。如第二操作中所见，e₀和e₁之一位于横向方向上。准备与这两个水平单位向量e₀和e₁相对应的两个候选。可执行一个或更多个相关操作以在这两个候选之间进行标识和选择。例如，可选择给出较好相关的那个候选。

可如下在式(17)-(21)中那样来探明垂直陀螺仪分量和这两个潜在IMU加速度：

ω_u，i＝u·ω_i                                      (17)

a_{IMU，f，0，i}＝e₀·a_i                               (18)

a_{IMU，f，1，i}＝e₁·a_i                               (19)

其条件为：

随后可使用下式(22)-(28)来探明两个示例相关指示：

c_0，0＝Corr(a_{IMU，f，0，i}，-ω_u，i)_{i＝0，…，n-1}    (22)

c_0，1＝Corr(a_{IMU，f，1，i}，-ω_u，i)_{i＝0，…，n-1}    (23)

在此

$\mathrm{Corr}{(x_i,y_i)}_{i=0,...,n-1}=\frac{1}{n\·{\mathrm{\σ}}_x\·{\mathrm{\σ}}_y}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})---\left(24\right)$

其中

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i---\left(25\right)$

$\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i---\left(26\right)$

且

${\mathrm{\σ}}_x=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}---\left(27\right)$

${\mathrm{\σ}}_y=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}.---\left(28\right)$

式(22)和(23)中ω_u，i前的负号表达了陀螺仪速率与指向右的加速度异相180°的事实。具有较大幅值的那个相关系数(例如，其是相关指示的示例)可被用于选择e₀或e₁向量作为右左方向，且其符号可决定方向。可对这些相关系数执行以下分析以标识方向，如式(29)-(32)中所示：

若|c_0，0|＜0.5且|c_0，1|＜0.5则为非决定性的          (29)

否则

若||c_0，0|-|c_0，1||＜_0.2则为非决定性的              (30)

否则

若|c_0，0|＜|c_0，1|则e_r＝e₁，c_r＝c_0，1               (31)

否则e_r＝e₀，c_r＝c_0，0                               (32)

式(29)确保了对所选方向的相关指示足够强。可替换地使用除0.5以外的值(要么大于要么小于0.5)。式(30)确保了这两个相关指示之间的差分足够大。可替换地使用除0.2以外的值(要么大于要么小于0.2)。应注意，可替换地实现对相关操作和/或结果所得的相关指示的其他分析。

可如式(33)中所示地确定关于r₀的向量：

r₀＝sign(c_r)·e_r。                                  (33)

如上所述，可基于这三个方向之间的至少基本的正交性来获得第三(例如，在该情形中为指向前向的)单位向量。例如，可由u与r₀的叉积获得指向前向的单位向量：

f₀＝u×r₀。                                         (34)

对于第五操作，可标识前向单位向量(例如，前后方向604的示例)。由于车辆的机械构建，除了在转弯时外，水平速度通常指向车辆的前向方向。因此，其时间导数即前向加速度与在IMU系中测得的前向加速度高度相关。如上面的第二操作中所示，e₀和e₁之一位于前后方向上。为了探明是哪一个，可执行一个或更多个相关操作。例如，可计算从如自基于SPS的速度计算出的前向加速度与分别在e₀和e₁方向上的前向加速度之间的相关推导出的至少一个相关指示。较高的那个相关幅值可被用于标识和选择前向轴。

可从式(35)和(36)计算SPS加速度：

$a_{\mathrm{SPS},f,i}=\frac{v_{\mathrm{SPS},f,i}-v_{\mathrm{SPS},f,i-1}}{\mathrm{\Δt}},---\left(36\right)$

其中Δt是历元i和i-1之间的时差。

另一方面，可通过将测得加速度向量分别投影到水平本征向量来探明前向IMU加速度候选，如式(37)和(38)中所示：

a_{IMU，f，0，i}＝e₀·a_i                               (37)

a_{IMU，f，1，i}＝e₁·a_i，                             (38)

其中可选择第i测量(i＝0，…，n-1)以使得陀螺仪读数小于所选阈值，从而使转弯的效应最小化，并且SPS速度足够大以提供更好的加速度准确性。这些示例约束可用式(39)来实施：

v_SPS，f，i＞v_阈值                (39)

可将SPS速度与每个历元i匹配。陀螺仪阈值可经验地确定。例如，可如式(40)中所示地确定陀螺仪阈值：

ω_阈值＝5°/s。                                     (40)

可通过探明至少一个相关指示来进一步执行一个或更多个相关操作。例如，可如式(41)和(42)中所示地计算相关系数(例如，其是相关指示的示例)：

c_1，0＝Corr(a_{IMU，f，0，i}，a_SPS，f，i)_{i＝0，…，n-1}  (41)

c_1，1＝Corr(a_{IMU，f，1，i}，a_SPS，f，i)_{i＝0，…，n-1}。(42)

较高的那个c_k系数可用于选择e₀或e₁向量，且其符号可决定方向。可作为对这一个或更多个相关操作的相关分析的部分应用相关阈值。示例分析在以下在式(43)到(47)中提供并在上文关于第四操作进行了解释。

若|c_1，0|＜0.5且|c_1，1|＜0.5则为非决定性的           (43)

否则

若||c_1，0|-|c_1，1||＜0.2则为非决定性的               (44)

否则

若|c_1，0|＜|c_1，1|则e_f＝e₁，c_f＝c_1，1                (45)

否则e_f＝e₀，c_f＝c_1，0                                (46)

从该取阈分析，可如式(47)中所示地标识前向单位向量：

f₁＝sign(c_f)·e_f。                                   (47)

若要不用一个或更多个直接相关操作地来获得第三(例如，指向右的)单位向量，则由于其与上方向的正交性，因此可采用右手定则。因而，可由u与f₁的叉积获得指向右的单位向量，如式(48)中所示：

r₁＝f₁×u。                                          (48)

对于第六操作，可确定IMU系与ECEF系之间的旋转矩阵。第四和第五操作可给出一致结果。换言之，来自式(49)和(50)的以下命题通常保持为真：

r₁＝r₀                                               (49)

f₁＝f₀。                                             (50)

因此，可在式(51)和(52)中定义下式：

r＝r₁＝r₀                                            (51)

f＝f₁＝f₀。                                          (52)

式(49)和(50)中的等式由于数值不准确性故而可能不能在数值上求值，但它们可被用来验证e_r和e_f选择了不同的e_k向量(例如，k＝0或1)。

若第四和第五操作两者皆提供结果，但这些结果不一致(例如，若e_r和e_f两者选择了相同的e_k(k＝0或1))，则可对新的一组n个测量重复该对准确定。若第四和第五操作之一失败或提供非决定性的结果(例如，相关系数的值太接近或者两者皆太低)，则可使用由其他操作推导出的轴。例如，若第四操作失败，则：

r＝r₁                                                (53)

f＝f₁。                                              (54)

若第四和第五操作两者皆失败，则可对新的一组n个测量重复该对准确定。

一旦指向右的单位向量r和指向前向的单位向量f可用，就可使用指向上的单位向量u(如第三操作中标识出的)通过将这些单位向量与诸如RCU之类的基于车辆的坐标系的基本向量相关联来完备该坐标系。因此，由于r、f、和u是RCU系的3个基本向量如表达在IMU系中时的形式，故而可如式(55)中所示地构造旋转矩阵

$R_{\mathrm{IMU}}^{\mathrm{RCU}}={\left[\begin{array}{ccc}{r}_0& r_1& r_2\\ f_0& f_1& f_2\\ u_0& u_1& u_2\end{array}\right]}_{\mathrm{IMU}}^{\mathrm{RCU}}---\left(55\right)$

最后，可使用下式(56)以一次或更多次旋转来完成从IMU系向ECEF系的变换：

$R_{\mathrm{IMU}}^{\mathrm{ECEF}}=R_{\mathrm{ENU}}^{\mathrm{ECEF}}{R}_{\mathrm{RCU}}^{\mathrm{ENU}}{R}_{\mathrm{IMU}}^{\mathrm{RCU}}---\left(56\right)$

对于数学地描述的第二示例实现，采用二维本征向量办法。更具体而言，确定r和f单位向量的该办法可涉及二维本征向量解。可以不是使用全三维的加速度来探明本征向量三元组e₀，e₁，e₂，而是代之以在将这些加速度投影到水平面上之后探明水平本征向量对e₀，e₁。水平面可使用垂直d向量通过探明与其至少基本正交的平面来确定。

该办法可包括以下操作。第一，可通过对测得加速度取平均来获得重力方向。第二，可探明水平面为与垂直方向基本正交的一个平面。第三，可通过从投影到水平面上的加速度找到本征向量来标识群形式的前后和右左方向。其余操作可与以上针对三维本征向量办法描述的那些操作相同，以个体地来标识前后方向和右左(横向)方向。

对于数学地描述的第三示例实现，采用无需涉及本征向量的二维相关办法。更具体而言，该办法可使得必须从投影到水平面上的加速度直接标识前后和右左方向，而不涉及本征向量。该“二维相关”可用于探明水平面中所投影加速度与计算出的SPS加速度之间的相关最高的方向；此举可用于标识前后方向。类似地，与垂直陀螺仪分量的相关可标识右左(横向)方向。在该二维相关办法的示例变型中，这两个相关操作可被组合以在前向和横向方向在水平面中正交这一约束下一次性提供前向和横向这两个方向。

图12是解说根据一实现的可实现用于确定IMU的空间对准的一个或更多个方面的示例设备1200的示意图。如所解说的，设备1200包括至少一个处理器1202、一个或更多个存储器1204、至少一个通信接口1206、其他传感器1208、以及至少一个电源1210。存储器1204被解说为包括指令1212。设备1200还被示为包括IMU 102和SPSU 104。IMU 102被示为包括一个或更多个加速计202以及一个或更多个陀螺仪204。然而，设备1200可替换地包括与所解说的组件相比更多、更少、和/或不同的组件。

对于某些示例实现，设备1200可包括和/或具有电子设备。设备1200的示例可包括，但不限于：(图1的)移动站106、便携式电子设备、计算机、移动因特网设备(MID)、娱乐设备、任何具有至少一个处理器和/或存储器的电子设备、其某种组合、等等。电源1210可向设备1200的组件和/或电路系统供电。电源1210可以是便携式电源，诸如电池，或者是固定电源，诸如汽车、房屋、或其他建筑物中的插座。电源1210可以与设备1210整合或分开。

处理器1202可包括任何一个或更多个处理单元。存储器1204可包含测得加速度、旋转、等等。它还可存储本文描述的正被操纵的变量、参数等的物理版本。存储器1204还可用于存储可由处理器1202执行的指令1212(例如，程序、应用等、或其部分；处理器可执行指令；代码；其某种组合；等等)。一个或更多个处理器1202对此类指令1212的执行可将设备1200变换成专用计算设备、装置、平台、其某种组合，等等。

通信接口1206可提供设备1200与操作人员和/或其他设备之间的接口。因此，通信接口1206可包括屏幕、扬声器、按键、或其他人类输入/输出设备。通信接口1206可包括收发机、无线电、天线、有线接口装置、其某种组合等以传达无线和/或有线信号。通信接口1206还可充当设备1200的其他组件之间和/或之中的总线或其他互连。(诸)其他传感器1208(若存在)可包括一个或更多个能测量其他参数的其他杂项传感器。(诸)其他传感器1208可包括磁力计、罗盘等，这里仅列举了少数示例。

本文中描述的方法体系取决于根据特定特征和/或示例的应用可以藉由各种手段来实现。例如，此类方法体系可在硬件、固件、软件、分立/固定逻辑电路系统、其任何组合等等中实现。在硬件和/或逻辑电路系统实现中，例如，处理单元可在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中所描述的功能的其他器件或单元、和/或其组合内实现，这里仅列举了几个示例。

对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用具有执行本文中描述的功能的指令的模块(例如，规程、函数等等)来实现。有形地实施指令的任何机器可读介质可用于实现本文中所描述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器执行。存储器可以实现在处理器内部或处理器外部。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，且并不限于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或记忆存储在其上的介质的类型。

在一个或更多个示例实现中，所描述的功能可在硬件、软件、固件、分立/固定逻辑电路系统、其某种组合等等中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在物理计算机可读介质上。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用物理介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或可被用来存储指令或数据结构形式的合需程序代码且可被计算机和/或其处理器访问的任何其它介质。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。

而且，计算机指令/代码可经由物理传输介质上的信号从发射机向接收机传送。例如，软件可以是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术的物理组件从web网站、服务器、或其他远程源传送而来的。上述的组合也应被包括在物理传输介质的范围内。

本详细描述的一些部分是以对存储在特定装置或专用计算设备或平台的存储器内的二进制数字信号的操作的算法或符号表示的形式来给出的。在本具体说明书的上下文中，术语“特定装置”或类似术语包括通用计算机——只要其被编程为依照来自程序软件的指令执行特定功能。算法描述或符号表示是信号处理或相关领域的普通技术人员用来向本领域其他技术人员传达其工作的实质性内容的技术的示例。算法在此并且一般被认为是得到期望结果的自相容操作序列或类似信号处理。在本上下文中，操作或处理涉及对物理量的物理操纵。通常，尽管并非必然，这样的量可采取能被存储、转移、组合、比较或以其他方式操纵的电和/或磁信号的形式。

业已证明，有的时候，主要为通用之故，将此类信号称为比特、数据、值、元素、码元、字符、变量、项、数、数值、或类似术语是方便的。然而应理解，所有这些或类似术语应与恰适物理量相关联且仅仅是便利性标签。除非另外特别声明，否则如从以上讨论所显见的，应当领会，本说明书通篇中使用诸如“处理”、“计算”、“演算”、“确定”、“探明”、“标识”、“关联”、“测量”，“执行”、或诸如此类的术语的讨论指的是诸如专用计算机或者类似的专用电子计算设备之类的特定装置的动作或处理。因此，在本说明书的上下文中，专用计算机或类似专用电子计算设备能够操纵或变换信号，这些信号典型情况下被表示为该专用计算机或类似专用电子计算设备的存储器、寄存器、或其他信息存储设备、传输设备、或显示设备内的物理电子、电气和/或磁量。

虽然已解说和描述了目前认为是示例特征的内容，但是本领域技术人员将理解，可作出其他各种改动并且可换用等效技术方案而不会脱离所要求保护的主题内容。此外，可作出许多改动以使特定境况适应于所要求保护的主题内容的教导而不会脱离本文中所描述的中心思想。因此，所要求保护的主题内容并非旨在被限定于所公开的特定示例，相反，如此要求保护的主题内容还可包括所有落入所附权利要求及其等效技术方案的范围内的方面。

Claims (56)

1.一种方法，包括：

至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量单元(IMU)测得的一个或更多个加速度；

将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联；以及

至少部分地基于所述第一方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标识第一基于车辆的方向包括：

探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示；

探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示；以及

基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述标识第一基于车辆的方向包括：

探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示；

探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示；以及

基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

至少部分地基于涉及第二车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向；以及

将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联，

其中所述确定包括至少部分地基于所述第二方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定进一步包括：

将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向；以及

将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多个比较操作来标识上下方向；所述第三加速度对应于使用所述IMU测得的至少一个加速度；以及

将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联，所述上方向与重力方向至少基本平行，

其中所述确定所述IMU的空间对准包括至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述标识上下方向包括比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最强加速度；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者是使用本征向量产生的。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述IMU的所述空间对准传送给另一设备。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航。

15.一种设备，包括：

至少一个存储器，配置成存储指令；以及

一个或更多个处理器，用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备：

至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量单元(IMU)测得的一个或更多个加速度；

将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联；以及

至少部分地基于所述第一方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令以：

探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示；

探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示；以及

基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。

18.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令以：

探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示；

探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示；以及

基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。

20.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备：

至少部分地基于涉及第二车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向；以及

将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联，

其中为了确定所述IMU的空间对准，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令以至少部分地基于所述第二方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，为了确定所述IMU的空间对准，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令以：

将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向；以及

将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向。

23.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备：

至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多个比较操作来标识上下方向；所述第三加速度对应于使用所述IMU测得的至少一个加速度；以及

将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联，所述上方向与重力方向至少基本平行，

其中为了确定所述IMU的空间对准，所述一个或更多个处理器进一步用于至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。

24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，为了标识上下方向，所述一个或更多个处理器进一步用于比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最强加速度；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。

25.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者是使用本征向量产生的。

26.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。

27.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备：

将所述IMU的所述空间对准传送给另一设备。

28.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述一个或更多个处理器进一步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备：

将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航。

29.一种设备，包括：

用于至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向的装置，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量单元(IMU)测得的一个或更多个加速度；

用于将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联的装置；以及

用于至少部分地基于所述第一方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准的装置。

30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。

31.如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述用于标识第一基于车辆的方向的装置包括：

用于探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示的装置；

用于探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示的装置；以及

用于基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向的装置。

32.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。

33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述用于标识第一基于车辆的方向的装置包括：

用于探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示的装置；

用于探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示的装置；以及

用于基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向的装置。

34.如权利要求29所述的设备，其特征在于，进一步包括：

用于至少部分地基于涉及第二车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向的装置；以及

用于将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联的装置，

其中所述用于确定的装置包括用于至少部分地基于所述第二方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的装置。

35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。

36.如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定的装置进一步包括：

用于将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向的装置；以及

用于将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向的装置。

37.如权利要求29所述的设备，其特征在于，进一步包括：

用于至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多个比较操作来标识上下方向的装置；所述第三加速度对应于使用所述IMU测得的至少一个加速度；以及

用于将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联的装置，所述上方向与重力方向至少基本平行，

其中所述用于确定所述IMU的空间对准的装置包括用于至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的装置。

38.如权利要求37所述的设备，其特征在于，所述用于标识上下方向的装置包括用于比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最强加速度的装置；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。

39.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者是使用本征向量产生的。

40.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。

41.如权利要求29所述的设备，其特征在于，进一步包括：

用于将所述IMU的所述空间对准传送给另一设备的装置。

42.如权利要求29所述的设备，其特征在于，进一步包括：

用于将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航的装置。

43.一种制品，包括其上存储有指令的至少一个存储介质，所述指令能由一个或更多个处理器执行以：

至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量单元(IMU)测得的一个或更多个加速度；

将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联；以及

至少部分地基于所述第一方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准。

44.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。

45.如权利要求44所述的制品，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示；

探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示；以及

基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。

46.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。

47.如权利要求46所述的制品，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少一个第一相关指示；

探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少一个第二相关指示；以及

基于所述至少一个第一相关指示和/或所述至少一个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。

48.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

至少部分地基于涉及第二车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向；以及

将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联，

其中为了确定所述IMU的空间对准，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以至少部分地基于所述第二方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的指令。

49.如权利要求48所述的制品，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。

50.如权利要求49所述的制品，其特征在于，为了确定所述IMU的空间对准，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向；以及

将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向。

51.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多个比较操作来标识上下方向；所述第三加速度对应于使用所述IMU测得的至少一个加速度；以及

将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联，所述上方向与重力方向至少基本平行，

其中为了确定所述IMU的空间对准，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的指令。

52.如权利要求51所述的制品，其特征在于，为了标识上下方向，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最强加速度；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。

53.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者是使用本征向量产生的。

54.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少一者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。

55.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

将所述IMU的所述空间对准传送给另一设备。

56.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令：

将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航。

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