CN104569958A

CN104569958A - 基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统

Info

Publication number: CN104569958A
Application number: CN201310492699.3A
Authority: CN
Inventors: 苑广欣; 钱华; 董斌; 何风行; 马娜; 鲁方林
Original assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明提供一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统。根据本发明的方法，先采用超声波定位法对目标进行定位后予以温度补偿来获得所述目标的第一位置信息、采用惯性导航定位法对所述目标进行定位后再予以温度补偿来获得所述目标的第二位置信息、后，再基于第一位置信息与第二位置信息之间的距离及该距离的可信度来定位所述目标，由此可有效提高对目标，尤其是室内目标的定位精度。

Description

基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统

技术领域

本发明涉及目标定位领域，特别是涉及一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统。

背景技术

近年来，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如展厅、仓库、超市、图书馆等环境中，常常需要确定移动终端或移动终端的持有者、设施与物品等在室内的位置信息。目前，室内定位技术很多，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等。但是受限于定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法适用于室内环境中。

其中，现有超声波定位法，是利用超声波发射与接收装置来实现测距功能，从而定位目标，其整体定位精度较高，结构简单。例如，在申请号为201220155858.1的中国专利文献中，公开了一种，其通过在一个矩形本体上设置4个传感组件，可较为准确的测定放电位置，且接收的信号与系统电源没有任何店的关系，不会受到电源系统的电信号干扰，因此在进行局部放电测量时，可以得到很好的测量效果。又例如，在申请号为201220269222.X的中国专利文献中，公开了一种基于超声波定位的ＡＧＶ自动运输车系统，其通过在自动运输车上安装超声波发生器，由ＡＧＶ后台服务器来对自动运输车进行定位，具有智能、高效的优点。上述基于超声波来对目标进行定位虽然方便快捷，但都存在一个共同的缺陷，即：如果目标发出的超声波被障碍物遮挡导致一个或多个超声波接收端无法接收到超声波时，定位精度就会急剧下降，甚至无法定位，因此难以适用于复杂的室内环境中。

其中，现有的惯性导航（inertial navigation）法是依据牛顿惯性原理，利用惯性元件（如加速度计等）来测量目标本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而实现对目标导航定位的目的。通常，惯性导航采用的测量惯性装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。其中，3个自由度陀螺仪用来测量目标的3个转动运动；3个加速度计用来测量目标的3个平移运动的加速度，控制器根据测得的加速度信号计算出目标的速度和位置数据。惯性导航缺点是长时间运行会造成数据误差增大，故也难以长时间用于室内环境。

因此，如何对室内目标进行定位，已成为本领域技术人员需要解决的技术课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统，提高目标，尤其是室内目标的定位精度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法，其至少包括：

采用超声波定位法对目标进行定位后予以温度补偿来获得所述目标的第一位置信息；

采用惯性导航定位法对所述目标进行定位后再予以温度补偿来获得所述目标的第二位置信息；

基于第一位置信息与第二位置信息之间的距离及该距离的可信度来定位所述目标。

本发明还提供一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统，其至少包括：

超声波定位模块，用于采用超声波定位法对目标进行定位后予以温度补偿来获得所述目标的第一位置信息；

惯性导航模块，用于采用惯性导航定位法对所述目标进行定位后再予以温度补偿来获得所述目标的第二位置信息；

目标定位模块，用于基于第一位置信息与第二位置信息之间的距离及该距离的可信度来定位所述目标。

优选地，所述可信度基于惯性导航定位法和/或超声波定位法的精度来确定。

优选地，所述目标为室内目标。

优选地，基于第一预定温度补偿曲线来对超声波定位后的结果进行温度补偿。

优选地，基于第二预定温度补偿曲线来对惯性导航后的结果进行温度补偿。

如上所述，本发明的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统采用超声波定位与惯性导航定位相结合的方式来对目标，尤其是室内目标进行定位，可有效提高定位精度。本系统具备惯性导航，室内存在障碍物遮挡情况下，仍然可以定位目标，使定位无盲区，解决单独依靠超声波定位时，遇到遮挡物无法定位问题。

附图说明

图1显示为本发明的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法的流程图。

图2显示为基于超声波定位时初始位置示意图。

图3显示为本发明的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统示意图。

元件标号说明

1 定位系统

11 超声波定位模块

12 惯性导航模块

13 目标定位模块

S1～S3 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法。其中，根据本发明的方法主要通过定位系统来完成，该定位系统包括但不限于安装在计算机设备中且能够实现本发明方案的应用模块等；该计算机设备为一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备，其硬件包括但不限于微处理器、FPGA、DSP、嵌入式设备等。所述计算机设备包括但不限于：个人计算机、网络服务器等。

在步骤S1中，所述定位系统采用超声波定位法对目标进行定位后予以温度补偿来获得所述目标的第一位置信息。

其中，所述目标包括任何设置有超声波发生器及惯性测量装置的目标，优选地，包括设置有超声波发生器及惯性测量装置且处于室内的目标。

具体地，当目标进入室内后，先在该室内的预定初始位置停留片刻，所述定位系统采用超声波定位法对目标的初始位置进行定位并温度补偿，随后，当所述目标由预定初始位置开始移动时，所述定位系统通过超声波定位法及温度补偿来获得所述目标的当前的第一位置信息。

其中，所述预定初始位置优选采用能保证3个或3个以上超声波接收点可以接收到设置在目标的超声波发生器所发出的超声波信号的位置，例如，如图2所示的初始点，当目标处于该初始点时，设置在室内左上、左下、右上、右下的4个超声波接收设备均能接收到设置在目标的超声波发生器所发出的超声波信号。

优选地，所述定位系统基于第一预定温度补偿曲线来对超声波定位后的结果进行温度补偿。

其中，所述第一预定温度补偿曲线是利用高低温箱采集不同温度下大量多次数据，利用最小误差法拟合出温度补偿曲线。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，基于超声波来对目标进行定位的方式及详细过程，故在此不再予以详述。

在步骤S2中，所述定位系统采用惯性导航定位法对所述目标进行定位后再予以温度补偿来获得所述目标的第二位置信息。

具体地，当所述目标停留在初始位置时，所述定位系统先采用惯性导航定位法对目标的初始位置进行定位并温度补偿，随后，当所述目标由预定初始位置开始移动时，所述定位系统通过惯性导航定位法及温度补偿来获得所述目标的当前的第二位置信息。

优选地，所述定位系统基于第二预定温度补偿曲线来对惯性导航定位后的结果进行温度补偿。

其中，所述第二预定温度补偿曲线是利用高低温箱采集不同温度下大量多次数据，利用最小误差法拟合出温度补偿曲线。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，基于惯性导航定位法来对目标进行定位的方式及详细过程，故在此不再予以详述。

在步骤S3中，所述定位系统基于第一位置信息与第二位置信息之间的距离及该距离的可信度来定位所述目标。

其中，所述可信度基于惯性导航定位法和/或超声波定位法的精度来预先确定。

例如，当第一位置信息与第二位置信息之间的距离在0.3m以内，则可信度为0.5；当第一位置信息与第二位置信息之间的距离在0.3m至0.9m之间，则可信度为0.3；第一位置信息与第二位置信息之间的距离在0.9m至1.2m之间，则可信度为0.15；第一位置信息与第二位置信息之间的距离在1.2m以外，则可信度为0.05；由此所述定位系统基于步骤S1中所确定的第一位置信息及步骤S2中所确定的第二位置信息之间的距离，来确定可信度，若可信度为0.5，则直接将第一位置信息作为所述目标的当前位置；若可信度为0.05，则直接将第二位置信息作为所述目标的当前位置；若可信度为0.15或0.3，则基于对应的可信度采用相应的加权算法对所述第一位置信息与第二位置信息进行加权运算，并将所计算的结果作为所述目标的当前位置。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所述仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，可采用其他算法来对所述第一位置信息及第二位置信息进行运算来获得所述目标的当前位置等；此外，也可在每一种可信度时均采用相应诸如加权等算法来确定目标的当前位置等；再有，可信度也可采用其他方式来表示，例如，等级等等。

此外，还需说明的是，步骤S1、S2、S3的先后顺序不限，例如，可先执行步骤S2、S3后再执行步骤S1，也可3个步骤同时进行等等。

如图3所示，本发明提供一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统。所述定位系统1包括：超声波定位模块11、惯性导航模块12、以及目标定位模块13。

所述超声波定位模块11采用超声波定位法对目标进行定位后予以温度补偿来获得所述目标的第一位置信息。

具体地，当目标进入室内后，先在该室内的预定初始位置停留片刻，所述超声波定位模块11采用超声波定位法对目标的初始位置进行定位并温度补偿，随后，当所述目标由预定初始位置开始移动时，所述超声波定位模块11通过超声波定位法及温度补偿来获得所述目标的当前的第一位置信息。

优选地，所述超声波定位模块11基于第一预定温度补偿曲线来对超声波定位后的结果进行温度补偿。

所述惯性导航模块12采用惯性导航定位法对所述目标进行定位后再予以温度来获得所述目标的第二位置信息。

具体地，当所述目标停留在初始位置时，所述惯性导航模块12先采用惯性导航定位法对目标的初始位置进行定位并温度补偿，随后，当所述目标由预定初始位置开始移动时，所述惯性导航模块12通过惯性导航定位法及温度补偿来获得所述目标的当前的第二位置信息。

优选地，所述惯性导航模块12基于第二预定温度补偿曲线来对惯性导航定位后的结果进行温度补偿。

所述目标定位模块13基于第一位置信息与第二位置信息之间的距离及该距离的可信度来定位所述目标。

综上所述，本发明的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法及系统通过将超声波定位与惯性导航定位相结合的方式来实现对目标，尤其是室内目标的定位，可大幅提高定位精度的同时，解决超声波单独定位存在盲区的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法，其特征在于，所述基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法至少包括：

2.根据权利要求1所述的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法，其特征在于：所述可信度基于惯性导航定位法和/或超声波定位法的精度来确定。

3.根据权利要求1所述的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的方法，其特征在于：所述目标为室内目标。

4.根据权利要求1所述的基于超声波和惯性导航组合来定位的方法，其特征在于：基于第一预定温度补偿曲线来对超声波定位后的结果进行温度补偿。

5.根据权利要求1所述的基于超声波和惯性导航组合来定位的方法，其特征在于：基于第二预定温度补偿曲线来对惯性导航后的结果进行温度补偿。

6.一种基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统，其特征在于，所述基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统至少包括：

目标定位模块，基于第一位置信息与第二位置信息之间的距离及该距离的可信度来定位所述目标。

7.根据权利要求6所述的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统，其特征在于：所述可信度基于惯性导航定位法和/或超声波定位法的精度来确定。

8.根据权利要求6所述的基于超声波和惯性导航组合来定位目标的定位系统，其特征在于：所述目标为室内目标。

9.根据权利要求6所述的基于超声波和惯性导航组合来定位的定位系统，其特征在于：所述超声波定位模块基于第一预定温度补偿曲线来对超声波定位后的结果进行温度补偿。

10.根据权利要求6所述的基于超声波和惯性导航组合来定位的定位系统，所述惯性导航模块基于第二预定温度补偿曲线来对惯性导航后的结果进行温度补偿。