CN105792126A - 使用数据融合技术确定物体到物体的位置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用数据融合技术确定物体到物体位置。此处提出了用于确定宿主物体和接近宿主物体的邻近物体之间的相对位置的技术和方法。方法的示例性实施例操作在宿主物体上的第一无线通信模块以与在邻近物体上的第二无线通信模块无线地通信信息包。该方法处理无线地接收自第二无线通信模块的信息包以获得与邻近物体相对于宿主物体的位置有关的位置信息。在宿主物体上的距离传感器系统操作成获得与邻近物体相对于宿主物体的距离有关的第一距离信息。使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算宿主物体和邻近物体之间的相对位置。

Description

使用数据融合技术确定物体到物体的位置
技术领域
本文描述的主题的实施例一般涉及一种用于确定邻近物体相对于宿主（host）物体的相对位置的系统及相关操作方法。
背景技术
尽管基于GPS的方法可能非常有效，但是在某些情况下它们的表现可能会受到损害。例如，如果云、树木、建筑、或其他结构干扰在车辆处的GPS接收，那么GPS数据可能是不准确的。事实上，每当GPS接收较弱或者不可用时基于GPS的方法都可能遭受损害。据此，期望的是有一种用于确定相对车辆定位的系统和相关方法，其准确性并不完全或者主要地取决于GPS可用性。另外，结合附图及前述技术领域和背景技术，其他的可取的特征和特性将从随后的详细描述和所附权利要求书中变得明显。
发明内容
此处提出了用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的方法的示例性实施例。所述方法操作在所述宿主物体上的第一无线通信模块以无线地与在所述邻近物体上的第二无线通信模块通信信息包。所述方法通过处理从所述第二无线通信模块无线地接收到的信息包继续进行以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息。在所述宿主物体上的距离传感器系统被操作以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息，以及使用所获得的位置信息和所述获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
还提出了用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的方法的示例性实施例。所述系统包括：在所述宿主物体上的第一无线通信模块，并且所述第一无线通信模块被构造成无线地与在所述邻近物体上的第二无线通信模块通信数据信息包；在所述宿主物体上的距离传感器系统，并且所述距离传感器系统被构造成获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息；以及处理器设备。所述处理器设备与所述系统协作以处理从所述第二无线通信模块无线地接收到的数据信息包，从而获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息，并且从而使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
还本文提出了有形的且非暂时性计算机可读存储介质，所述有形的且非暂时性计算机可读存储介质具有存储在其上的可执行指令，当所述可执行指令由处理器设备执行时，所述可执行指令能够执行一种方法，所述方法涉及：在所述宿主物体上的第一无线通信模块和所述邻近物体上的第二无线通信模块之间无线地通信数据信息包；处理从所述第二无线通信模块无线地接收到的数据信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息；操作在所述宿主物体上的距离传感器系统以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息；以及使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
为了以简化的形式介绍一些选择的构思提供了该概要，所述构思将在下面的具体实施方式中被进一步被描述。该概要既不意图确定所要求的主题的关键特征或者必要特征，也不是为了辅助确定所要求的主题的范围。
本发明还包括以下方案：
方案1.一种用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的方法，所述方法包括：
操作在所述宿主物体上的第一无线通信模块以与在所述邻近物体上的第二无线通信模块无线地通信信息包；
处理无线地接收自所述第二无线通信模块的信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息；
操作在所述宿主物体上的距离传感器系统以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息；以及
使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案2.根据方案1所述的方法，其中，无线地通信的所述信息包包括数据信息包或者轻量级信标信息包。
方案3.根据方案1所述的方法，其中，所述处理步骤计算渡越时间，所述渡越时间与在所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块之间的无线通信相关。
方案4.根据方案3所述的方法，其中，所述处理步骤使用较低层有差别的到达时间机制计算所述渡越时间。
方案5.根据方案1所述的方法，其进一步包括：
操作在所述宿主物体上的全球定位系统（GPS）接收器以获得表明了所述宿主物体的地理位置的第一GPS数据，其中，所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所获得的第一GPS数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案6.根据方案1所述的方法，其进一步包括：
从在所述宿主物体上的传感器获得宿主物体动力学数据，其中，所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所获得的宿主物体动力学数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案7.根据方案1所述的方法，其进一步包括：
在所述宿主物体处无线地接收补充数据，所述补充数据由所述邻近物体无线地发送，其中所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所接收的补充数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案8.根据方案7所述的方法，其中，所述接收的补充数据包括表明了所述临近物体的地理位置的第二GPS数据。
方案9.根据方案7所述的方法，其中，所述接收的补充数据包括来自于在所述临近物体上的传感器的临近物体动力学数据。
方案10.根据方案7所述的方法，其中，所述接收的补充数据包括与所述第二无线通信模块对应的信号强度值。
方案11.根据方案7所述的方法，其中，所述接收的补充数据包括与所述宿主物体相对于所述邻近物体的距离有关第二距离信息，所述第二距离信息通过在所述邻近物体上的距离传感器系统获得。
方案12.根据方案11所述的方法，其中，所述第二距离信息包括所述邻近物体的相对距离、距离变化率、以及方位角。
方案13.根据方案1所述的方法，其中，所述计算步骤包括：
估计所述宿主物体的参考位置；以及
计算所述邻近物体相对于所述参考位置的位置。
方案14.一种用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的系统，所述系统包括：
在所述宿主物体上的第一无线通信模块，并且所述第一无线通信模块被构造成与在所述邻近物体上的第二无线通信模块无线地通信数据信息包；
在所述宿主物体上的距离传感器系统，并且所述距离传感器系统被构造成获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关第一距离信息；以及
处理器设备，所述处理器设备被构造成处理无线地接收自所述第二无线通信模块的数据信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息，并且使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案15.根据方案14所述的系统，其进一步包括：
在所述宿主物体上的全球定位系统（GPS）接收器，并且所述GPS接收器被构造成获得表明了所述宿主物体的地理位置的第一GPS数据，其中，所述处理器设备使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所获得的第一GPS数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案16.根据方案14所述的系统，其进一步包括：
在所述宿主物体上的宿主物体动力学数据的来源，其中，所述处理器设备使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所述宿主物体动力学数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案17.根据方案14所述的系统，其中，所述第一无线通信模块被集成在所述宿主物体之内。
方案18.根据方案14所述的系统，其中，所述第一无线通信模块被集成在位于所述宿主物体上的移动电子设备之内。
方案19.一种有形且非暂时性计算机可读存储介质，所述有形且非暂时性计算机可读存储介质具有在其上存储的可执行指令，当处理器设备执行所述可执行指令时，其能够执行一种方法，所述方法包括：
在宿主物体上的第一无线通信模块和邻近物体上的第二无线通信模块之间无线地通信数据信息包；
处理无线地接收自所述第二无线通信模块的数据信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息；
操作在所述宿主物体上的距离传感器系统以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息；以及
使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
方案20.根据方案19所述的计算机可读存储介质，其中，由所述可执行指令执行的所述方法进一步包括：
在所述宿主物体处无线地接收补充数据，所述补充数据从所述邻近物体无线地发送，其中所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所接收的补充数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
附图说明
当结合下文附图考虑时，通过参考具体实施方式和权利要求书可以得到对所述主题更加完整的理解，其中贯穿附图，相同的参考数字指的是相似要素。
图1是示出了在宿主物体（例如车辆）和邻近物体（例如在所述宿主车辆附近的另一车辆）上的系统部件的框图；
图2是示出了正在接近道路十字路口的宿主车辆和三辆邻近车辆的俯视图；以及
图3是示出了用于确定相对物体定位的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
下述具体实施方式本质上仅仅是例示性的并且不限制本主题或者本申请的实施例以及这样的实施例的使用。如本文使用的那样，词语“示例性”的意思是“作为一个示例、实例、或者例示”。本文作为示例被描述的任何实施方式不一定被解释为比其他实施方式优选或者有利。另外，并不旨在通过在前述技术领域、背景技术、发明内容或者下文的具体实施方式中所提出的任何明示的或者暗示的理论来限制。
可以根据功能的和/或逻辑框部件，并且参考可以由各种计算部件或者计算设备执行的操作、处理任务、以及功能的符号表示在本文中描述工艺和技术。有时这样的操作、任务、以及功能指的是正在被计算机执行的、计算化的、软件实施的、或者计算机实施的操作、任务、以及功能。而且，应理解的是在附图中示出的各种框部件可以通过构造成执行特定功能的任何数量的硬件、软件、和/或固件部件被实现。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，所述集成电路部件在一个或多个微处理器或者其他控制设备的控制下可以执行各种功能。
当以软件或者固件实施时，本文所描述的所述系统的各种元件基本上都是执行所述各种任务的代码段或者指令。所述程序或者代码段可以被存储在任何处理器可读的或者计算机可读的存储介质中，所述处理器可读的或者计算机可读的存储介质能以非暂时且有形的形式被实现。所述“处理器可读介质”或者“机器可读介质”可以包括可以存储或者传输信息的任何介质。所述处理器可读介质的示例包括电子线路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM（EROM）、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘等等。
此处提出的所述主题涉及用于精确地确定在宿主系统附近的物体的相对定位的改进工艺。此处描述的示例性实施例考虑基于物体的系统，其中所述宿主物体确定其他邻近物体的所述相对定位。尽管该描述关注的是车辆的实施方式，但是此处提出的所述工艺和技术并不受限于这样的实施方式。就这点而言，参与到动态的“交通”环境中的其他的物体、系统、或者设备都能利用此处描述的所述方法。例如，适当构造且装备的自行车、摩托车、行人穿着设备、航空器、船舶、滑板、小轮摩托车能在下述示例性实施例中代替车辆。为了方面起见，此处示出和描述了包括车辆的系统，并且所述包括车辆的系统并不旨在限制或者以其他方式限定本申请或者相对定位方法的使用。
在一个示例中，在所述宿主物体上的无线通信模块（例如Wi-Fi接入点或者DSRC机载设备（onboarddevice））与在所述邻近物体上的兼容的无线通信模块无线地通信以获得可以用于计算物体到物体的位置信息（例如，距离信息和/或方位角信息）的信息。所述宿主物体还包括检测在所述宿主物体和所述邻近物体之间的间距的一个或多个距离传感器系统。在所述宿主物体上的距离传感器系统可以是，例如，基于摄影机的系统、超声检测器系统等等。基于从所述无线物体到物体通信所获得的信息和从所述距离传感器系统获得的信息，在所述宿主物体上适当构造的控制模块或者处理系统利用数据融合算法确定所述邻近物体的所述相对定位。
尽管为了确定相对物体定位在所述宿主物体上的所述系统可以利用传统的基于GPS的方法，但是此处所提出的方法不需要依赖GPS系统。因此，在下面更加详细地描述的基于融合的工艺和方法在GPS停机期间或者当GPS数据可能不可靠时仍然可以具有置信度地被使用。为了简洁，可能未在本文中详细描述与车辆操作系统、车辆传感器系统、车辆通信系统、以及车辆到车辆的定位系统（包括基于GPS工艺的系统）相关的传统工艺。
现在参考附图，图1是示出了具有在宿主物体12和邻近物体14上的系统部件的系统10的框图。尽管下面的描述涉及汽车，但是此处提出的构思可以被部署在其他物体类型中，例如，航空器、航天器、船舶、摩托车等等。而且，如果需要，此处提出的构思也可以部署在非车辆应用中。宿主物体12和邻近物体14各自都装备有用于确定所述物体之间的相对位置的适当构造的系统。下述描述涉及在特定的物体的情况下的“宿主物体”，所述特定物体获得计算邻近物体的相对定位所需的信息。就这点而言，宿主物体12可以确定邻近物体14（以及未在图1中描述的其他邻近物体）相对于宿主物体12的当前位置的位置，宿主物体12的所述当前位置可以被认为是用于V2V计算的参考位置或者绝对位置。
在宿主物体12和邻近物体14上的系统的每个均包括，但不限于：无线通信模块16；天线18；GPS接收器20；数据压缩和解压缩单元22；具有至少一个处理器设备24的处理架构；一个或多个安全应用26；界面设备28；以及距离传感器系统30。这些物品在它们相应的物体12、14上。在一些实施例中，在图1中示出的物品被集成在相应的物体12、14之内，因为它们可能被认为是物体12、14的固有（native）部件、特征、或者模块。在其他的实施例中，在图1中所描述的物品的一个或者多个可以被集成在移动电子设备之内，所述移动电子设备位于所述宿主物体上。例如，GPS接收器20和/或无线通信模块16能被实现为用户智能手机设备、用户便携式导航设备、用户平板电脑或者笔记本电脑等等。
无线通信模块16包括通过天线18广播和接收无线数据信息包的发送器和接收器（或者收发器）。因此，在宿主物体12上的无线通信模块16可以与在邻近物体14上的无线通信模块16无线地通信信息包，并且反之亦然。所述被通信的信息包可以是数据信息包、轻量级信标（beacon）信息包等等。在一些实施例中，无线通信模块16被实施为Wi-Fi接入点，所述Wi-Fi接入点与IEEE802.11标准兼容。作为可能的替代方案的其他无线技术包括，但不限于：专用短距离通信（DSRC）、蓝牙技术、在未经授权的频段上进行操作的低能量蓝牙技术（BLE）、或其他未来的短距离和中等距离通信技术（例如移动电话设备到设备(D2D)的通信）。应理解的是无线通信模块16可以支持适用于特定实施例的其他无线通信协议或者标准。
GPS接收器20被适当构造成获得GPS数据，所述GPS数据又可以以传统的方式被处理以表明相应物体12、14的当前地理位置。GPS接收器20接收卫星历表、代码范围（coderange）、载波相位和多普勒频移观测。所接收到的信息可以由所述物体处理以解析出那个特定物体的当前GPS位置。
数据压缩和解压缩单元22用于降低减小通信带宽要求。每个物体还包括用于构建（V2V）物体映射的至少一个处理器设备24。所述构建的V2V物体映射由安全应用26使用。每个物体还可以包括用于收集来自在所述物体上的传感器（未示出）的物体动力学数据的界面设备28。这种类型的传感器数据可以包括，但是不限于：物体/轮转速数据；角速度数据；转向角数据；加速计数据；倾角（pitch）数据等等。
在示例性车辆应用中，处理器设备24（以及在图1中示出的可能地其他物品）可以被实施在所述车辆的机载电子控制单元(ECU)中。尽管一个ECU可以管理所描述的功能，但是不同的实施例可以采用多个ECU，从而以协作且分布的方式支持所述功能。处理器设备24能够执行存储在存储介质32中的计算机可读指令，其中所述指令导致处理器设备24执行本文所描述的各种进程、操作、和功能。实际上，处理器设备24可以被实施为微型处理器、若干离散处理器设备、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适当的可编程逻辑设备、离散门或者晶体管逻辑，离散的硬件部件、或者设计为执行本文所描述的所述功能的任何组合。
距离传感器系统30被适当构造成获得与邻近物体相对于宿主物体12的距离有关的距离信息。距离传感器系统30包括可以检测邻近物体的存在的一个或者多个传感器或者检测器。距离传感器系统30可以包括下述中的任何（独立地、或者以任何期望组合）：基于摄影机或者基于图像的系统；激光雷达系统；超声传感器系统；红外传感器系统；雷达系统；电磁传感器系统；等等。距离传感器系统30检测和确定邻近物体14的距离/位置的具体方式将取决于距离传感器技术的特定类型。此处描述的所述系统可以利用已知的距离传感器或者检测器工艺，这将不在此处详述。
图2是示出了接近道路十字路口的宿主车辆202和三个邻近车辆204、206、208的俯视图。在各个车辆前面的箭头代表了行进方向。此处描述的技术允许宿主车辆202在不依赖GPS数据的情况下准确且精确地确定邻近车辆204、206、208的相对定位。在图2中，箭头220代表了表明邻近车辆204的位置的测量值ρ1（例如，距离或者方位角），其中，所述测量值由宿主车辆202获得。在这种情况下，所述测量值可以从在所述宿主车辆上的所述距离传感器系统获得或者通过使用在车辆202、204上的所述无线通信模块获得。同样地，箭头222代表了表明邻近车辆206的位置的测量值ρ2，以及箭头224代表了表明邻近车辆208的位置的测量值ρ3，其中所述测量值由宿主车辆202获得。
对于在图2中示出的所述示例，在所述邻近车辆的每个上的所述无线通信模块的地点按照下述被识别。就这点而言，p1表明在邻近车辆204上的所述无线通信模块的位置，p2表明在邻近车辆206上的所述无线通信模块的位置，以及p3表明在邻近车辆208上的所述无线通信模块的位置。
图3是示出了物体定位进程300的示例性实施例的流程图。进程300代表用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的方法的一种实施方式。进程300在仅一个邻近物体的情况下在此处示出和描述。应理解的是进程300能以等同的方式被用于针对任何数量的邻近物体收集信息和数据，使得所述宿主物体可以确定每个邻近物体的相对位置和速度。
与进程300关联而执行的各种任务可以由软件、硬件、固件、或者它们的任何组合来执行。为了例示性目的，进程300的下述描述可能涉及上面结合图1和2提及的元件。实际上，进程300的部分可以由所描述系统的不同元件运执行，例如，由无线模块、机载距离传感器或检测器、ECU等等。应理解的是进程300可以包括任何数量的额外的或者替代的任务，示出在图3中的所述任务未必按照示出的顺序被执行，以及进程300可能被并入更加广泛的程序或者进程中，所述更加广泛的程序或者进程具有未本文详细描述的额外的功能。此外，只要预期的整体功能仍然完好无损，那么示出在图3中的任务的一个或者多个能从进程300的实施例中省略。
从所述宿主物体的角度来看，进程300的一个迭代能以任何实际的速率执行。在一些实施例中，进程300每秒执行10次。当然，进程300的迭代频率根据特定实施例酌情可以更低或者更高。对于进程300的每次迭代，在所述宿主物体上的一个或者多个系统或者模块接收、获得、或者以其他方式取得用于确定所述宿主物体的所述参考位置和所述邻近物体的所述相对位置的数据和信息。就这点而言，进程300操作在所述宿主物体上的所述无线通信模块以与在所述邻近物体上的所述无线通信模块无线地通信数据信息包（任务304）。无线信息包以使得所述宿主物体能够确定对于所述邻近物体的距离和/或方位角信息的方式在所述机载无线通信模块之间通信。例如，包括传输无线模块的标识符（例如，MAC地址）和时间戳数据的无线信息包可以被处理以计算在所述两个物体之间的渡越时间（timeofflight），然后所计算的渡越时间能被用于计算在所述两个物体之间的间距。在一些实施例中，所述渡越时间是使用较低层有差别的到达时间机制被计算的。以这种方式，所述宿主物体可以处理无线地接收自所述邻近物体的数据信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的对应的位置信息。
进程300还控制在所述宿主物体上的至少一个距离传感器系统的操作以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离、位置、方位或者地点有关的测量数据（例如，距离信息或者方位角信息）（任务306）。在一些实施例中，所述距离传感器系统在操作上是独立的并且与所述宿主物体的所述无线通信模块不同。所述距离传感器系统可以包括允许所述距离传感器系统以检测所述邻近物体的发射器和接收器。例如，所述距离传感器系统可以使用红外或者超声发射器。在其他实施例中，所述距离传感器系统可以包括摄影机或者捕捉所述邻近物体的图像并且处理所述图像数据以确定所述邻近物体的所述相对定位的其他图像部件。
尽管不要求，但是如果可用，进程300可以利用GPS数据。因此，进程300的所示出的实施例操作在所述宿主物体上的所述GPS接收器以获得对应的GPS数据，所述对应的GPS数据与所述宿主物体的所述当前地理位置相关或者以其他方式表明了所述宿主物体的所述当前地理位置（任务308）。如上所提到的，所述GPS接收器以传统的方式运行以获得并处理从GPS卫星接收到的信息，所述接收到的信息包括但不限于：星历表信息；卫星时钟/时间信息；代码和载波相位信息；以及GPS年鉴信息。在所述宿主物体上的所述GPS接收器和/或相关的处理模块处理所述接收的GPS数据以确定所述宿主物体的所述地理位置。所述宿主物体的所述确定的地理位置也能被用于计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
在一些实施例中，进程300从在所述宿主物体上的一个或者多个传感器或者其他来源取得宿主物体动力学数据（任务310）。所取得的动力学数据表明了所述物体的动态状态或者情况。就这点而言，所述宿主物体的所述动力学数据可以包括轮转速数据、角速度数据、加速度数据、转向角数据等等。所述宿主物体的所述动力学数据可以被用于计算在所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
所述宿主物体还可以处理由所述邻近物体提供的数据和信息。就这点而言，进程300可以在所述宿主物体处无线地接收补充数据（任务312），其中，所述补充数据是从所述邻近物体发送的。在一些实施例中，在所述物体上的无线通信模块16（参见图1可以被用于将来自所述邻近物体的所述补充数据无线地通信到所述宿主物体。所接收到的补充数据的一些或者全部可以由所述宿主物体处理并且按照需要用于计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。在任务312处接收的所述补充数据可以包括上面参考任务304、306、308和310所描述的任何信息，如通过所述邻近物体上的所述系统所获得的。因此，所述补充数据可以包括任何以下，但不限于：源自无线信息包渡越时间分析的测量数据；与所述宿主物体相对于所述邻近物体的距离有关的测量数据或信息，如由在所述邻近物体上的距离传感器系统获得的；源自由所述邻近物体上的所述GPS接收器接收的GPS数据的GPS数据或者地理位置信息；从在所述邻近物体上的一个或者多个传感器获得的邻近物体动力学数据；表明所述宿主物体和（如果可用）其他邻近物体的相对定位的物体列表，其中，所述物体列表由所述邻近物体生成；在所述邻近物体处接收的其他物体的所述V2V无线电信号强度（例如，RSSI值）以及这些信号强度值的衍生模式；等等。应理解的是在任务312处接收的所述补充数据可以包括在进程300的当前迭代期间和/或在进程300的一个或多个在先迭代期间由所述邻近物体获得的数据。
尽管补充数据的收集（任务312）不需要一直执行，但是这个示例假定所述宿主物体确实获得了来自所述邻近物体的至少一些补充数据。因此，进程300通过将与所获得的测量数据（例如，从所述机载距离传感器系统生成的所述定位数据）相关的物体列表和从所述邻近物体接收的对应的物体列表相关联（任务314）继续进行。在一些实施例中，每个邻近物体基于其GPS地点信息、接收自它自己的邻近物体的所述相对距离信息、以及其他补充信息编辑它的物体列表。以类似的方式，所述宿主物体能遵循相同的方法完成相同的任务。如果涉及到智能数据融合算法，那么来自于所述邻近物体和所述宿主物体的所述物体列表可以被合并以及协同地被融合，从而进一步修正与所述物体列表中的每个物体相关的地点信息的信息准确性和保真度。
接下来，进程300通过估计所述宿主物体的参考或者绝对位置（任务316）继续进行，其使用在进程300的所述当前迭代期间所获得或者生成的信息的至少一些。任务316可以基于相对于所述宿主物体的局部东-北-上(ENU)坐标系。进程300基于所述宿主物体的所述参考位置还可以计算所述邻近物体的所述相对位置（任务318）。尤其，在所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对定位可以使用从所述无线渡越时间分析获得的所述位置信息和从所述机载距离传感器系统获得的所述测量信息（例如，所述距离信息和/或所述方位角信息）来计算。另外，任务318可以使用由定位在所述宿主物体上的所述GPS接收器接收的所述GPS数据计算所述相对定位。此外，任务318可以使用接收自所述邻近物体的所述补充数据的任何部分计算所述相对定位。
在计算所述宿主物体的所述参考位置和所述邻近物体的所述相对定位之后，进程300输出所述相对定位信息（例如，V2V物体映射）到至少一个更高等级的安全应用，用于以适当的方式处理（任务320）。就这点而言，所述安全应用响应于当前的V2V状态可以生成警报和/或控制所述宿主物体的一个或者多个子系统或者部件。
进程300可以利用各种工艺、方法、以及算法来解析邻近物体的所述相对定位。事实上，各种实施例采用数据融合技术基于从在所述无线模块之间的无线通信获得的所述测量数据，以及进一步基于从所述机载距离传感器系统获得的所述测量数据来确定所述相对定位。尽管在下述提出了一种示例性方法，但是应理解的是其他方法也可以以等同的方式被使用。
根据一些实施例，估计的位置或者位置概率分布在分析下的“邻域”中的所有兼容的物体中被通信。这是可能具有卫星信号接收问题的基础V2V架构。GPS测量值能被用来获得物体位置的初始值。装备有无线ToF能力或者机载传感器的物体被构造成测量它们的邻近物体的相对距离和方位角。GPS数据（伪距、载波相位、以及多普勒效应）测量相对于卫星的物体相对信息。所有这些测量值被融合从而以通用和统一的方式完善/修正所述物体的所述位置。
考虑到可用的信息，每个物体都计算对于其本身及其邻近物体的它的最佳位置。此处概述了两种协作融合算法。所述物体位置将被收敛到在多个时期中的所述物体的真实位置。此后，所述完善的位置（包括邻近物体）被广播到一个或多个子系统或者应用，用于以适当的方式被使用。
以下描述使用信息阵列来代表高斯分布p~N(μ,Σ):p~[R,z]，其中RTR=Σ-1，Rp=z。可以由图1中示出的处理器设备24执行的这个示例性算法可以根据以下顺序地执行的任务被概述：
1.使用所述局部东-北-上（ENU）坐标系来代表位置。
2.取得测量值（从机载距离传感器、GPS、或者来自于所述无线模块的渡越时间（ToF））ρ1、ρ2、...、ρM，其中每个测量值都可以是距离或者方位角。
3.取得来自于邻近物体的无线广播信息包并且将它们缓存在存储介质32中；
4.使用与所述无线ToF测量值对应的所述MAC地址从所述邻近物体数据信息包中查询远程无线模块的最佳估计位置，即p1,p2,…,pM。这些位置接收自远程邻近物体，或者源自存储在所述参考宿主物体的存储介质32中的信息。
5.对于GPS测量值，导出所述相关卫星的位置。
6.将来自于机载传感器的所述物体列表与邻近物体的所述位置列表和接收自邻近物体的所述物体列表相关联。
7.使用下面描述的算法估计所述宿主物体参考位置。
8.更新给出新的宿主物体参考位置的所述物体列表。将所述物体列表传递到目标机载物体系统，例如，所述物体安全应用。
9.生成通过无线通信模块16广播的新的数据信息包。
为了示出的目的，考虑两个测量值：ρ1（距离）和ρ2（方位）；其中σ1和σ2是对于所述两个测量值的对应的标准差。使pj=(Xj,Yj,Zj)T为所述两个物体或者卫星的位置，其中可从对于j=1,2取得两个测量值。对于这个表达式，X、Y、和Z分别代表了沿所述局部坐标系的东轴、北轴、以及上轴的位置位移，以及T是矩阵转置运算符。因此，X、Y、和Z在给定的时间处对应于所述物体的三维位置。
在给定表示所述在先估计的所述物体位置的情况下，使和分别为ρ1和ρ2的预测测量值。最初，被设置为由适当的定位技术（例如，GPS、移动电话、和Wi-Fi网络）估计的所述物体位置。使，。在矩阵形式中：，或者Hp=o，其中。
在上述表达式中，r代表在X-Y平面中的距离，以及H是将所述物体位置转换为测量值的变换矩阵。在现实情况中，应理解的是在矩阵H中的行数不必局限于只有两行。而是，所述行数将等于由所述宿主物体取得的测量值的数量。
如果GPS数据是可用的，那么对于所述宿主物体的额外的测量值（例如，伪距、载波相位、和多普勒效应）可以作为另外的行被附在所述线性系统的矩阵H和o中，被表示为Hp=o。
假定上述线性系统，可以采用各种的最小二乘算法来计算所述最佳物体位置p。对于数值鲁棒性，所述优选的实施例采用QR矩阵分解。
构造增广矩阵A=[Ho]并且将QR矩阵分解应用到所述增广矩阵。结果是表现为2×2分块矩阵的上三角矩阵，其中R0是3×3矩阵，z0是3×1矢量，以及标量e是余量。修正的初始宿主物体位置是=(R0)-1z0。宿主物体位置的分布是po~[R0,z0]。使；并且重复（loop）最小二乘法最多L个迭代（5个迭代）或者直到达到收敛。就这点而言，此处使用的所述算法是迭代的-初始位置是估计的/确定的，然后所述位置通过所述算法的每次迭代被完善。此后，输出所述完善的宿主物体位置，以及所述邻近物体在所述宿主物体坐标系中的所述相对位置作为改进的物体列表。所述物体列表通过无线通道被广播，而处理器设备24等待来自机载传感器的新的测量值或者用于启动位置确定的下一个时期的新的无线信息包。
位置跟踪算法
所述位置跟踪算法适用于高端处理器。所述跟踪算法结合所述物体机载动态传感器监测邻近物体的存储的历史位置，并且计算当前位置分布。每个物体广播其自身的位置概率分布及其邻近物体的编辑列表。
本文描述的所述系统可以被用于在所述宿主物体坐标系中确定邻近物体的当前相对定位，以及用于以不间断的方式跟踪所述位置（直到所述物体在所述宿主物体的距离之外）。尽管任何适当的跟踪算法都可以被用于这种情况，下述示例性实施例作为一个合适的方法被示出。对于这个示例，输入包括来自所述无线ToF模块和机载传感器的所述测量数据，即，ρ1、ρ2、...、ρM。所述输入还包括在信息阵列中的所述对应的邻近物体位置分布p1~[R1,z1]、p2~[R2,z2]、...、pM~[RM,zM]，所述邻近位置分布被缓存在所述宿主物体中的存储介质32中。所述输入还包括基于在先估计和物体数据（例如，物体速度、角速度）的先验分布。因此，所预测的宿主物体位置，其中。所述输出包括：所述宿主物体位置的后验分布；所述更新的宿主物体位置（分布的均值）；所述新的先验分布；以及在所述宿主物体坐标系中所述相对邻近物体位置。为便于描述，在一些处理任务的情况下描述所述跟踪方法。如上对于所述最小二乘算法所描述的那样，所述跟踪算法使用全球ENU坐标系来表示位置。
任务1：取得测量值（使用机载距离传感器或者来自无线模块的ToF）ρ1、ρ2、...、ρM，其中，每个测量值都可以是距离或者方位角。
任务2：从邻近物体取得无线广播信息包并且将它们缓存在存储介质32中。所述缓存数据包括表示在信息阵列p1~[R1,z1]、p2~[R2,z2]、...、pM~[RM,zM]中的所述邻近物体位置分布，分别对于物体1、2、…、M。
任务3：如果这是对于所述当前宿主物体的初始任务，那么基于GPS数据计算所述初始宿主物体位置的分布。
任务4：使用与所述无线ToF测量值相关的所述MAC地址查询所述远程无线模块的最佳估计位置，即p1、p2、...、pM。这些位置是缓存在存储介质32中的邻近物体的所述分布的均值。
任务5：对于GPS测量值，导出所述相关卫星的位置。
任务6：将来自机载传感器的所述物体列表与邻近物体的所述位置列表和接收自邻近物体的所述物体列表相关联。
任务7：根据所述宿主物体位置和邻近物体位置计算线性化的测量方程。例如，假设ρj是无线ToF，计算量；；；1×3矩阵，；；对于j=1、2、...、M。构建矩阵A：
。
任务8：将吉文斯旋转应用到出现在矩阵A的下四行中的条目（entry）以三角化所述矩阵A。由于所述矩阵是稀疏的，所以对于行i=M、M-1、…、1，所述操作被应用到匹配的行对<Ri,Hi>。这导致下面的上三角矩阵：
所述宿主物体位置的所述后验分布，其中是RA中的3×3子阵以及是RA中的3×1子阵，所述位置期望（均值）是。
任务9：计算所述第j个邻近物体的分布，对于j=1、…、M。计算所述邻近物体的所述均值。
任务10：假定在时间t时的所述位置，其分布，在t+?t时的预测位置被建模为，v是速度矢量（包括速度、角速度），以及w是带有零均值和一致协方差（uintycovariance）的高斯噪声矢量。将上述非线性动态方程线性化到：的邻域中，其中F和G分别是和的雅克比行列式，而u是与和不相关的项。构建矩阵，并且应用QR分解，获得上三角矩阵。所述预测位置是，其分布为，并且对于新的测量值的到达已经做好了准备。
任务11：假定所述邻近物体的位置，对于宿主物体位置，j=1、…、M，计算所述邻近物体在所述宿主物体坐标系中的所述相对位置，作为改进的物体列表。传送所述列表到所述目标机载物体系统，例如，所述安全应用。
任务12：生成含有所述宿主物体和邻近物体的所述概率分布的新的数据信息包，并且通过无线模块16将其广播到一个或多个机载系统以用于处理。
尽管在上述详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但是应理解的是仍然存在大量的变型。还应该理解的是本文所描述的一个或多个示例性实施例不以任何方式限制所要求的主题的范围、适用性、或者构造。而是，上述详细描述将为本领域的技术人员提供用于实施所描述的一个或多个实施例的方便的路线图。应理解的是在不偏离由所述权利要求书所限定的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变，所述元件的功能和布置包括在提交本专利申请的时候已知的等同方案和可预见的等同方案。

Claims (10)

1.一种用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的方法，所述方法包括：
操作在所述宿主物体上的第一无线通信模块以与在所述邻近物体上的第二无线通信模块无线地通信信息包；
处理无线地接收自所述第二无线通信模块的信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息；
操作在所述宿主物体上的距离传感器系统以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息；以及
使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，无线地通信的所述信息包包括数据信息包或者轻量级信标信息包。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤计算渡越时间，所述渡越时间与在所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块之间的无线通信相关。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述处理步骤使用较低层有差别的到达时间机制计算所述渡越时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
操作在所述宿主物体上的全球定位系统（GPS）接收器以获得表明了所述宿主物体的地理位置的第一GPS数据，其中，所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所获得的第一GPS数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
从在所述宿主物体上的传感器获得宿主物体动力学数据，其中，所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所获得的宿主物体动力学数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在所述宿主物体处无线地接收补充数据，所述补充数据由所述邻近物体无线地发送，其中所述计算步骤使用所获得的位置信息、所获得的第一距离信息、以及所接收的补充数据计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述接收的补充数据包括表明了所述临近物体的地理位置的第二GPS数据。
9.一种用于确定宿主物体和接近所述宿主物体的邻近物体之间的相对位置的系统，所述系统包括：
在所述宿主物体上的第一无线通信模块，并且所述第一无线通信模块被构造成与在所述邻近物体上的第二无线通信模块无线地通信数据信息包；
在所述宿主物体上的距离传感器系统，并且所述距离传感器系统被构造成获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关第一距离信息；以及
处理器设备，所述处理器设备被构造成处理无线地接收自所述第二无线通信模块的数据信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息，并且使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
10.一种有形且非暂时性计算机可读存储介质，所述有形且非暂时性计算机可读存储介质具有在其上存储的可执行指令，当处理器设备执行所述可执行指令时，其能够执行一种方法，所述方法包括：
在宿主物体上的第一无线通信模块和邻近物体上的第二无线通信模块之间无线地通信数据信息包；
处理无线地接收自所述第二无线通信模块的数据信息包以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的位置有关的位置信息；
操作在所述宿主物体上的距离传感器系统以获得与所述邻近物体相对于所述宿主物体的距离有关的第一距离信息；以及
使用所获得的位置信息和所获得的第一距离信息计算所述宿主物体和所述邻近物体之间的所述相对位置。
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