CN108778821A - 用于定位车辆的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
公开了用于定位车辆的方法和装置。在一个方面中,提供了一种用于定位车辆的装置。该装置包括各自被配置为从由场发生器生成的无线磁场来生成相应电压信号的多个接收。该装置还包括处理器,处理器被配置为基于由多个接收线圈生成的相应电压信号来确定第一组数据,并且将第一组数据减少到不管多个接收线圈与场发生器之间的相对旋转如何都基本上恒定的第二组数据。该装置还被配置为基于第二组数据确定多个候选定位,多个候选定位用于基于第一组数据来确定相对于场发生器的定位和定向。
Description
技术领域
本申请总体上涉及无线充电功率传输应用,并且具体涉及用于定位车辆的方法和装置。更具体地,本公开涉及基于磁矢量场(磁矢量化)来确定车辆相对于基于地面的充电单元的定位。
背景技术
无线感应式充电功率应用中的效率至少部分取决于在无线功率发射器与无线功率接收器之间实现至少最小对准阈值。用于辅助这种对准的一种方法是使用磁矢量化,其中无线功率接收器相对于无线功率发射器的定位是基于感测在无线功率发射器或无线功率接收器处或附近生成的磁场的一个或多个属性而确定的。定位可以包括无线功率接收器相对于无线功率发射器的距离、方向和定向中的至少一项。然而,利用磁矢量化以最小模糊准确地确定定位可能涉及大量的计算步骤。因此,需要一种如本文所描述的用于定位车辆的方法和装置。
发明内容
在一些实现中,提供了一种用于确定车辆定位的装置。该装置包括多个接收线圈,多个接收线圈中的每个接收线圈被配置为从由场发生器生成的无线磁场来生成相应电压信号。该装置还包括处理器。处理器被配置为将指示由多个接收线圈生成的相应电压信号的第一组数据减少到不管多个接收线圈与场发生器之间的相对旋转如何都基本上恒定的第二组数据。处理器还被配置为基于将第二组数据与映射到车辆相对于场发生器的存储定位的多个第一组存储数据进行比较来确定多个候选定位。处理器还被配置为使用所确定的多个候选定位来标识多个第二组存储数据,其中多个第二组存储数据被映射到车辆相对于场发生器的存储定位和定向。处理器还被配置为基于将第一组数据与多个第二组存储数据进行比较来确定车辆相对于场发生器的定位和定向。
在一些其他实现中,一种用于确定车辆相对于参考点的位置的方法。该方法包括接收具有第一多个值的第一多维矢量作为输入,第一多个值指示多个定位线圈的相应电特性,电特性响应于由场发生器生成的磁场而被生成。该方法还包括通过对第一多维矢量执行非线性变换来生成具有第二多个值的第二多维矢量,第二多个值的总数目小于第一多个值的总数目。该方法还包括基于将第二多维矢量与用车辆相对于参考点的存储定位映射的多个存储的多维矢量进行比较来确定多个候选定位。该方法还包括标识与所确定的多个候选定位相对应的第二组存储的多维矢量,第二组存储的多维矢量中的每一个被映射到车辆相对于参考点的存储定位和定向。该方法还包括基于将第一多维矢量与第二组存储的多维矢量进行比较来确定定位和定向。
在一些其他实现中,提供了一种用于确定车辆相对于参考点的位置的装置。该装置包括用于接收第一多维矢量作为输入的部件,第一多维矢量具有指示多个定位线圈的相应电特性的第一多个值,电特性响应于由场发生器生成的磁场而生成。该装置还包括用于通过对第一多维矢量执行非线性变换来生成具有第二多个值的第二多维矢量的部件,第二多个值的总数目小于第一多个值的总数目。该装置还包括用于基于将第二多维矢量与用车辆相对于参考点的存储定位映射的多个存储的多维矢量进行比较来确定多个候选定位的部件。该装置还包括用于标识与所确定的多个候选定位相对应的第二组存储的多维矢量的部件,第二组存储的多维矢量中的每一个被映射到车辆相对于参考点的存储定位和定向。该装置还包括用于基于将第一多维矢量与第二组存储的多维矢量进行比较来确定定位和定向的部件。
在一些其他实现中,提供了一种用于定位车辆的方法。该方法包括基于由场发生器生成的无线磁场来在多个接收线圈处生成相应电压信号。该方法还包括将指示在多个接收线圈处生成的相应电压信号的第一组数据减少到不管多个接收线圈与场发生器之间的相对旋转如何都基本上恒定的第二组数据。该方法还包括基于将第二组数据与映射到车辆相对于场发生器的存储定位的多个第一组存储数据进行比较来确定多个候选定位。该方法还包括使用所确定的多个候选定位来标识多个第二组存储数据,其中多个第二组存储数据被映射到车辆相对于场发生器的存储定位和定向。该方法还包括基于将第一组数据与多个第二组存储数据进行比较来确定车辆相对于场发生器的定位和定向。
附图说明
图1图示了根据一些实现的用于对电动车辆充电的无线功率传输系统。
图2是图1的无线功率传输系统的示例性组件的示意图。
图3是示出图1的无线功率传输系统的示例性组件的功能框图。
图4是图示在传感器(基座)的坐标系中图3的基于车辆的磁场发生器与基于地面的磁场传感器之间的定位关系的示图。
图5是图示在发生器(车辆)的坐标系中图3的基于地面的磁场传感器与基于车辆的磁场发生器之间的定位关系的示图。
图6是参考图3的示图,其图示了根据一些实现的磁场发生器与两种不同类型的磁场传感器之间的布置,这两种不同类型的磁场传感器可以被配置并且用于确定车辆相对于基座的定位和定向。
图7是图示图6的共面型多线圈磁场传感器的示图。
图8是图示图6的正交线圈型3轴磁场传感器的示图。
图9是图示根据一些实现的基于磁场的定位系统的框图。
图10是参考图9的示图,其图示了根据一些实现的3轴正交线圈布置以及3轴磁场发生器的线圈中的电流流动和3轴磁场传感器的线圈中的感应电压。
图11图示了根据一些实现的在磁场频分复用方案中使用的多个频率。
图12图示了根据一些实现的在磁场时分复用方案中使用的多个时隙。
图13图示了根据一些实现的在磁场码分复用方案中使用的多个相互正交的码。
图14是图示3维电压矢量的极性模糊的示图,3维电压矢量可以由图3的基座定位子系统检测,该基座定位子系统与由图3的电动车辆定位子系统生成的磁场不是绝对相位同步的。
图15是图示9维电压矢量的极性模糊的示图,9维电压矢量可以由图3的基座定位子系统检测,该基座定位子系统与由图3的电动车辆定位子系统生成的磁场相对相位同步但不是绝对相位同步。
图16是图示根据一些实现的由3轴磁场发生器生成的磁场的磁矩和在六个不同的轴上位置中的每一个处的所得到的磁场矢量的示图。
图17是图示磁场传感器在3D定位空间中的定位的变化对9D电压矢量空间中的电压矢量的影响的示图。
图18是图示磁场传感器在3D定向空间中的定向的变化对9D电压矢量空间中的电压矢量的影响的示图。
图19是图示噪声对9D电压矢量空间中的电压矢量的影响的示图。
图20是图示6D定位和定向空间中的定位矢量到9D电压矢量空间中的电压矢量的映射(反之亦然)的示图。
图21是图示N维矢量空间中的两个矢量之间的欧几里德距离的示图。
图22是图示指代零旋转磁场传感器的参考矢量与9D电压矢量空间中的检测矢量的旋转变换之间的欧几里德距离的示图。
图23图示了根据一些实现的查找表(LUT)中的示例性条目,查找表包括定位坐标以及指代零旋转磁场传感器的相关联9D参考矢量和例如由3D参考矢量的标量(点)积组成的相关联6D参考矢量。
图24是图示根据一些实现的图23的LUT的6D参考矢量与例如由检测到的3D电压矢量的标量(点)积组成的6D检测矢量之间的欧几里德距离的示图。
图25是图示图23的LUT的6D参考矢量与6D矢量空间中图24的6D检测矢量之间的欧几里德距离的示图。
图26是图示图23的LUT的9D参考矢量与9D电压矢量空间中的9D检测矢量的旋转变换之间的欧几里德距离的示图。
图27是图示根据一些实现的假想反向发射系统的示图,其中图10的3轴磁场发生器被认为是传感器并且图10的3轴磁场传感器被认为是发生器。
图28是图示图23的LUT的6D候选参考矢量与6D矢量空间中的6D检测矢量之间的欧几里德距离的另一示图。
图29是图示图23的LUT的9D候选参考矢量与9D电压矢量空间中的9D检测矢量的旋转变换之间的欧几里德距离的另一示图。
图30是图示根据一些实现的图3的基座定位系统的部分的框图。
图31图示了使用LUT的示例联合定位和定向发现过程的示图。
图32图示了使用LUT的另一示例联合定位和定向发现过程的示图。
图33图示了示例两操作定位和定向发现过程的示图。
图34是描绘根据一些实现的用于确定车辆的定位和定向的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为示例性实现的描述,而不旨在表示其中可以实践本发明的唯一实现。贯穿本说明书所使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”,而不应当必然被解释为比其他示例性实现优选或有利。详细描述包括为提供对示例性实现的透彻理解目的的具体细节。在一些情况下,一些设备以框图形式示出。
无线地传输功率可以是指将与电场、磁场、电磁场等相关联的任何形式的能量从发射器传输给接收器而不使用物理电导体(例如,功率可以通过自由空间传输)。输出到无线场(例如,磁场)中的功率可以由“接收线圈”接收、捕获或耦合以实现功率传输。
本文中使用电动车辆来描述远程系统,其示例是包括从可充电能量存储设备(例如,一个或多个可再充电电化学电池或其他类型的电池)得到的电功率作为其运动能力的一部分的车辆。作为非限制性示例,一些电动车辆可以是除了电动机之外还包括用于直接运动或对车辆电池充电的传统内燃机的混合电动车辆。其他电动车辆可以从电功率中汲取所有的运动能力。电动车辆不限于汽车,并且可以包括摩托车、推车、踏板车等。作为示例而非限制,在本文中以电动车辆(EV)的形式描述远程系统。此外,也设想可以至少部分地使用可充电能量存储设备来供电的其他远程系统(例如,电子设备,诸如个人计算设备等)。
图1是根据一些示例性实现的用于对电动车辆112充电的示例性无线功率传输系统100的示图。无线功率传输系统100使得电动车辆112能够在电动车辆112停放以便与基座无线充电系统102a高效地耦合的同时进行充电。用于两个电动车辆的空间被图示在待停放在对应的基座无线充电系统102a和102b上的停放区域中。在一些实现中,本地分配中心130可以连接到功率主干132并且被配置为通过功率链路110向基座无线充电系统102a和102b提供交流(AC)或直流(DC)供应。基座无线充电系统102a和102b中的每一个还包括分别用于无线地传输功率的基座耦合器104a和104b。在一些其他实现(图1中未示出)中,基座耦合器104a或104b可以是独立的物理单元,并且不是基座无线充电系统102a或102b的一部分。
电动车辆112可以包括电池单元118、电动车辆耦合器116和电动车辆无线充电单元114。电动车辆无线充电单元114和电动车辆耦合器116构成电动车辆无线充电系统。在本文所示的一些示图中,电动车辆无线充电单元114也被称为车辆充电单元(VCU)。电动车辆耦合器116可以例如经由由基座耦合器104a生成的电磁场的区域来与基座耦合器104a交互。
在一些示例性实现中,当电动车辆耦合器116位于由基座耦合器104a产生的电磁场中时,电动车辆耦合器116可以接收功率。该场可以对应于其中由基座耦合器104a输出的能量可以由电动车辆耦合器116捕获的区域。例如,由基座耦合器104a输出的能量可以处于足以对电动车辆112充电或供电的水平。在一些情况下,该场可以对应于基座耦合器104a的“近场”。近场可以对应于如下的区域:其中存在由于基座耦合器104a中不远离基座耦合器104a来辐射功率的电流和电荷而产生的强反应场。在一些情况下,近场可以对应于如下的区域,其在与基座耦合器104a相距由基座耦合器104a产生的电磁场的频率的波长的约1/2π内,如下面将进一步描述的。
本地分配中心130可以被配置为经由通信回程134与外部源(例如,电网)通信并且经由通信链路108与基站无线充电系统102a通信。
在一些实现中,电动车辆耦合器116可以与基座耦合器104a对准,并且因此简单地通过电动车辆操作者定位电动车辆112使得电动车辆耦合器116相对于基座耦合器104a充分对准而被布置在近场区域内。当对准误差已经下降到可容许值之下时,可以认为对准是足够的。在其他的一些实现中,操作者可以被给予视觉和/或听觉反馈以确定电动车辆112何时被适当地放置在用于无线功率传输的容许区域内。在其他的又一些实现中,电动车辆112可以由自动驾驶仪系统定位,自动驾驶系统可以移动电动车辆112直到实现足够的对准。这可以由电动车辆112在具有或没有驾驶员干预的情况下自动且自主地执行。这对于配备有伺服转向、雷达传感器(例如,超声传感器)、以及用于安全地操纵和调节电动车辆的智能装置的电动车辆112是可能的。在其他的又一些实现中,电动车辆112和/或基座无线充电系统102可以具有用于相对于彼此分别机械地移位和移动耦合器116和104a以更精确地定向或对准它们并且在它们之间形成充分和/或更有效的耦合的功能。
基座无线充电系统102a可以位于各种地点。作为非限制性示例,一些合适的地点包括在电动车辆112所有者的家中的停车区域、根据传统的基于石油的加油站仿建的为电动车辆无线充电预留的停车区域、以及在其他地点(诸如购物中心和工作地点)处的停车场。
对电动车辆进行无线充电可以提供很多益处。例如,可以自动执行充电,而实际上不需要驾驶员干预或操纵,从而提高了用户的便利性。还可以不存在暴露的电触点和机械磨损,从而提高无线功率传输系统100的可靠性。安全性可以得到改善,因为可以不需要使用线缆和连接器进行操作,并且可以没有要暴露于室外环境中的湿气的线缆、插头或插座。此外,也可以没有可见或可接近的插座、线缆或插头,从而减少充电设备的潜在毁坏。此外,由于可以使用电动车辆112作为用于稳定电网的分布式存储设备,所以方便的接入电网(docking-to-grid)解决方案可以有助于提高车辆用于车辆到电网(V2G)操作的可用性。
参考图1描述的无线功率传输系统100还可以提供美学和非障碍性的优点。例如,可以没有可能妨碍车辆和/或行人的充电柱和线缆。
作为车辆到电网能力的进一步说明,无线功率发射和接收能力可以被配置为是相互的,使得基座无线充电系统102a可以向电动车辆112发射功率或者电动车辆112可以向基站无线充电系统102a发射功率。这种能力可以用于通过允许电动车辆112在由过度需求导致的能源短缺或可再生能量生产(例如,风能或太阳能)的短缺的时候为整个分配系统贡献功率来稳定配电网。
图2是根据一些示例性实现的与先前结合图1讨论的类似的无线功率传输系统200的示例性组件的示意图。无线功率传输系统200可以包括基座谐振电路206,基座谐振电路206包括具有电感L1的基座耦合器204。无线功率传输系统200还包括电动车辆谐振电路222,电动车辆谐振电路222包括具有电感L2的电动车辆耦合器216。本文中所描述的实现可以使用形成谐振结构的电容性负载导体回路(即,多匝线圈),如果发射器和接收器均被调谐到共同的谐振频率,则谐振结构能够经由磁性或电磁性近场将能量从初级结构(发射器)有效地耦合到次级结构(接收器)。线圈可以用于电动车辆耦合器216和基座耦合器204。使用用于耦合能量的谐振结构可以被称为“磁耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。将基于从基座耦合器204向电动车辆112(未示出)的功率传输(但不限于此)来描述无线功率传输系统200的操作。例如,如上所述,能量也可以在相反的方向上传输。
参考图2,电源208(例如,AC或DC)向作为基座无线功率充电系统202的一部分的基座功率转换器236提供功率PSDC以向电动车辆(例如,图1的电动车辆112)传输能量。基座功率转换器236可以包括电路,诸如被配置为将功率从标准市电AC转换为处于合适电压水平的DC功率的AC/DC转换器、以及被配置为将DC功率转换为处于适合于无线高功率传输的操作频率的功率的DC到低频(LF)转换器。基座功率转换器236向包括与基座耦合器204串联的调谐电容器C1的基座谐振电路206供应功率P1,以便以操作频率来发出电磁场。串联调谐的谐振电路206应当理解为是示例性的。在另一实现中,电容器C1可以与基座耦合器204并联耦合。在其他的又一些实现中,调谐可以由处于并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗性元件形成。电容器C1可以被设置为与基座耦合器204形成基本上以操作频率谐振的谐振电路。基座耦合器204接收功率P1,并且以足以对电动车辆充电或供电的水平无线地发射功率。例如,由基座耦合器204无线地提供的功率的水平可以是千瓦(kW)量级(例如,从1kW到110kW的任何,然而,实际的水平可以更高或更低)。
基座谐振电路206(包括基座耦合器204和调谐电容器C1)和电动车辆谐振电路222(包括电动车辆耦合器216和调谐电容器C2)可以被调谐到基本上相同的频率。电动车辆216可以定位在基座耦合器的近场内,并且反之亦然,如下面进一步解释的。在这种情况下,基座耦合器204和电动车辆耦合器116可以变为彼此耦合,使得功率可以从基座耦合器204向电动车辆耦合器216无线传输。串联的电容器C2可以被设置成与电动车辆耦合器216形成基本上以操作频率谐振的谐振电路。串联调谐的谐振电路222应当被理解为是示例性的。在另一实现中,电容器C2可以与电动车辆耦合器216并联耦合。在其他的又一些实现中,电动车辆谐振电路222可以由处于并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗性元件形成。元素k(d)表示在线圈分离d下产生的互耦系数。等效电阻Req,1和Req,2表示基座和电动车辆耦合器204和216以及调谐(抗电抗)电容器C1和C2可能分别固有的损耗。电动车辆谐振电路222(包括电动车辆耦合器316和电容器C2)接收功率P2并且将功率P2提供给电动车辆充电系统214的电动车辆功率转换器238。
电动车辆功率转换器238可以包括LF到DC转换器等,LF到DC转换器被配置为将处于操作频率的功率转换回处于可以表示电动车辆电池单元的负载218的电压水平的DC功率。电动车辆功率转换器238可以向负载218提供经转换的功率PLDC。电源208、基座功率转换器236和基座耦合器204可以是固定的,并且位于如上文所讨论的各种地点。电动车辆负载218(例如,电动车辆电池单元)、电动车辆功率转换器238和电动车辆耦合器216可以被包括在作为电动车辆(例如,电动车辆112)的一部分或其电池组(未示出)的一部分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可以被配置为通过电动车辆耦合器216向基座无线功率充电系统202无线地提供功率,以将功率馈送回电网。基于操作模式,电动车辆耦合器216和基座耦合器204中的每一个可以用作发射或接收耦合器。
尽管未示出,但是无线功率传输系统200可以包括用于将电动车辆负载218或电源208从无线功率传输系统200安全断开的负载断开单元(LDU)(未示出)。例如,在紧急或系统故障情况下,LDU可以被触发以将负载从无线功率传输系统200断开。除了用于管理对电池的充电的电池管理系统之外,还可以提供LDU,或者LDU可以是电池管理系统的一部分。
此外,电动车辆充电系统214可以包括用于选择性地将电动车辆耦合器216连接到电动车辆功率转换器238以及与电动车辆功率转换器238断开的开关电路(未示出)。断开电动车辆耦合器216可以暂停充电,并且还可以改变由基座无线功率充电系统202(用作发射器)“看到”的“负载”,这可以用于将电动车辆充电系统214(用作接收器)从基座无线充电系统202“掩盖”。如果发射器包括负载感测电路,则可以检测负载变化。因此,诸如基座无线充电系统202的发射器可以具有用于确定在基座耦合器204的近场耦合模式区域中何时存在诸如电动车辆充电系统214的接收器的机制,如下文进一步解释的。
如上所述,操作中,在朝向电动车辆(例如,图1的电动车辆112)的能量传输期间,从电源208提供输入功率,使得基座耦合器204生成用于提供能量传输的电磁场。电动车辆耦合器216耦合到电磁场并且生成用于由电动车辆112存储或消耗的输出功率。如上所述,在一些实现中,基座谐振电路206和电动车辆谐振电路222根据相互谐振关系而被配置和调谐,使得它们接近或基本上以操作频率来谐振。当电动车辆耦合器216如下文进一步描述的那样位于基座耦合器204的近场耦合模式区域中时,基座无线功率充电系统202与电动车辆充电系统214之间的传输损耗最小。
如上文所阐述的,通过经由磁性近场而不是经由远场中的电磁波(这可以涉及由于到空间中的辐射而导致的大量损耗)来传输能量而发生有效的能量传输。当在近场中时,可以在发射耦合器与接收耦合器之间建立耦合模式。耦合器周围可能发生这种近场耦合的空间在本文中被称为“近场耦合模式区域”。
尽管未示出,但是基座功率转换器236和电动车辆功率转换器238(如果是双向的)均可以包括用于发射模式的振荡器、诸如功率放大器的驱动器电路、滤波器和匹配电路,以及用于接收模式的整流电路。振荡器可以被配置为生成期望的操作频率,期望的操作频率可以响应于调节信号而被调节。振荡器信号可以由功率放大器用响应于控制信号的放大量来放大。滤波器和匹配电路可以被包括以滤除谐波或其他不想要的频率,并且将由谐振电路206和222呈现的阻抗分别与基座和电动车辆功率转换器236和238相匹配。对于接收模式,基座和电动车辆功率转换器236和238还可以包括整流和开关电路。
贯穿所公开的实现来描述的电动车辆耦合器216和基座耦合器204可以被称为或被配置为“导体回路”,并且更具体地是“多匝导体回路”或线圈。基座和电动车辆耦合器204和216在本文中也可以被称为或被配置为“磁性”耦合器。术语“耦合器”旨在指代可以无线地输出或接收能量以耦合到另一“耦合器”的组件。
如上所述,能量在发射器与接收器之间的高效传输在发射器与接收器之间的匹配或接近匹配的谐振期间发生。然而,即使发射器和接收器之间的谐振不匹配,能量也可以以较低的效率传输。
谐振频率可以基于包括如上所述的耦合器(例如,基座耦合器204和电容器C2)的谐振电路(例如谐振电路206)的电感和电容。如图2所示,电感通常可以是耦合器的电感,而电容可以被添加到耦合器以生成处于期望的谐振频率的谐振结构。因此,对于使用展现出较大电感的较大直径线圈的较大尺寸耦合器,产生谐振所需的电容值可以较低。电感也可以取决于线圈的匝数。此外,随着耦合器尺寸的增加,耦合效率可以增加。这主要在基座和电动车辆耦合器两者的尺寸均增加的情况下是真的。此外,包括耦合器和调谐电容器的谐振电路可以被设计为具有高的质量(Q)因子以改善能量传输效率。
如上所述,根据一些实现,公开了在彼此的近场中的两个耦合器之间的耦合功率。如上所述,近场可以对应于耦合器周围主要存在反应性电磁场的区域。如果耦合器的物理尺寸远小于波长(与频率成反比),则不存在由于波远离耦合器而传播或辐射的实质功率损耗。近场耦合模式区域可以对应于接近耦合器的物理体积的体积,通常在波长的小分数内。根据一些实现,诸如单匝和多匝导体回路的磁耦合器优选地用于传输和接收两者,因为实际上处理磁场比电场容易,因为与外部对象(例如,电介质对象和人体)的相互作用较少。然而,也可以使用“电”耦合器(例如,偶极子和单极子)或磁和电耦合器的组合。
图3是示出可以在图1的无线功率传输系统100中采用的和/或图2的无线功率传输系统200可以是其一部分的无线功率传输系统300的示例性组件的功能框图。无线功率传输系统300图示了通信链路376、使用例如磁场信号来确定定位或方向的定位链路366、和能够机械地移动基座耦合器304和电动车辆耦合器316中的一者或两者的对准机构356。基座耦合器304和电动车辆耦合器316的机械(运动学)对准可以分别由基座对准子系统352和电动车辆充电对准子系统354来控制。定位链路366可以能够进行双向信令,这意味着定位信号可以由基座定位子系统或电动车辆定位子系统或这两者发出。如以上参考图1所述,当能量流向电动车辆112时,在图3中,基座充电系统功率接口348可以被配置为从诸如AC或DC电源(未示出)的电源向基座功率转换器336提供功率。基座功率转换器336可以经由基座充电系统功率接口348接收AC或DC功率,以便以接近或者是参考图2的基座谐振电路206的谐振频率的频率来驱动基座耦合器304。当在近场耦合模式区域中时,电动车辆耦合器316可以从电磁场接收能量以便以是或接近参考图2的电动车辆谐振电路222的谐振频率的频率振荡。电动车辆功率转换器338将来自电动车辆耦合器316的振荡信号转换为适合于经由电动车辆功率接口对电池充电的功率信号。
基座无线充电系统302包括基座控制器342,并且电动车辆充电系统314包括电动车辆控制器344。基座控制器342可以提供到诸如例如计算机、基座公共通信(BCC)、配电中心的通信实体、或智能电网的通信实体等其他系统(未示出)的基座充电系统通信接口。电动车辆控制器344可以提供到诸如例如车辆上的车载计算机、电池管理系统、车辆内的其他系统、和远程系统等其他系统(未示出)的电动车辆通信接口。
基座通信子系统372和电动车辆通信子系统374可以包括用于具有单独通信信道的特定应用以及还用于与图3的示图中未示出的其他通信实体进行无线通信的子系统或模块。这些通信信道可以是单独的物理信道或单独的逻辑信道。作为非限制性示例,基座对准子系统352可以通过通信链路376与电动车辆对准子系统354通信,以提供如下的反馈机制:用于如本文中所描述的那样通过电动车辆对准子系统354或基座对准子系统352或通过两者、或者通过操作者辅助,例如经由自主机械(运动学)对准,使基座耦合器304和电动车辆耦合器316更紧密对准。
电动车辆充电系统314还可以包括连接到磁场发生器368的电动车辆定位子系统364。电动车辆定位子系统364可以被配置为利用生成交变磁场的电流来驱动磁场发生器368。基座无线充电系统302可以包括连接到基座定位子系统362的磁场传感器366。磁场传感器366可以被配置为在由磁场发生器368生成的交变磁场的影响下生成多个电压信号。基座定位子系统362可以被配置为接收这些电压信号并且输出指示磁场传感器366与磁场发生器368之间的定位估计和角度估计的信号,如将结合图4-34来更详细地描述的。这些定位和角度估计可以被转变成电动车辆的驾驶员可以用来可靠地停放车辆的视觉和/或声学引导和对准信息。在一些实现中,这些定位和角度估计可以用于自动停放车辆而没有或仅有最小的驾驶员干预(线控驱动)。在一些实现中,这些估计在确定车辆在大约5m的距离上的定位和角度时可以是准确的。在一些实现中,估计可以在1m到8m之间的距离上是准确的。
图3和本文中以下所有描述假定电动车辆定位子系统364与磁场发生器368结合并且基座定位子系统362与磁场传感器366结合。然而,在一些实现中,磁场发生器368可以是基座无线充电系统302一部分并且磁场传感器368可以是电动车辆充电系统314的一部分。
另外,电动车辆控制器344可以被配置为与电动车辆板载系统通信。例如,电动车辆控制器344可以经由电动车辆通信接口例如向被配置为执行半自动停车操作的制动系统、或者向可以提供更方便和/或更高的停车精度的被配置为协助高度自动化停车(“线控停车”)的操舵伺服系统提供定位数据,如在某些应用中可能需要的,从而在基座与电动车辆耦合器304和316之间提供足够的对准。此外,电动车辆控制器344可以被配置为与以下通信:视觉输出设备(例如,仪表板显示器)、声学/音频输出设备(例如,蜂鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如,键盘、触摸屏和指点设备,诸如操纵杆、轨迹球等)和音频输入设备(例如,具有电子语音识别的麦克风)。
无线功率传输系统300还可以例如通过在电动车辆充电系统314处设置有线充电端口(未示出)来经由有线连接支持插入式充电。电动车辆充电系统314可以在向或从电动车辆传输功率之前集成两个不同充电器的输出。开关电路可以提供支持无线充电和经由有线充电端口的充电两者所需的功能。
为了在基座无线充电系统302与电动车辆充电系统314之间通信,无线功率传输系统300可以经由基座和电动车辆耦合器304、316使用带内信令和/或经由通信系统(372,374)使用带外信令,例如,经由RF数据调制解调器(例如,通过在免许可频带中的无线电的太网)。带外通信可以提供足够的带宽以用于向车辆用户/拥有者分配增值服务。无线功率载波的低深度幅度或相位调制可以用作具有最小干扰的带内信令系统。
在一些实现中,一些通信(例如,带内信令)可以经由无线功率链路来执行,而不使用特定的通信天线。例如,基座和电动车辆耦合器304和316还可以被配置为用作无线通信天线。因此,基座无线充电系统302的一些实现可以包括用于使能无线功率路径上的键控型协议的控制器(未示出)。通过用预定义的协议以预定义的间隔键控发射功率水平(振幅移位键控),接收器可以检测来自发射器的串行通信。基座功率转换器336可以包括用于检测在基座耦合器304的近场耦合模式区域中的有源电动车辆功率接收器的存在或不存在的负载感测电路(未示出)。作为示例,负载感测电路监测流向基座功率转换器336的功率放大器的电流,其受到基座耦合器304的近场耦合模式区域中的有源功率接收器的存在或不存在的影响。功率放大器上的负载变化的检测可以由基座充电控制器342监测,以用于确定是否使能基座无线充电系统302以用于传输能量、与接收器通信、或其组合。
图4是示出在传感器366坐标系中图3的基于车辆的磁场发生器368与基于地面的磁场传感器366之间的示例性定位关系的示图400。传感器366可以与传感器366坐标系的垂直的x和y坐标轴相关联。发生器368可以与发生器368坐标系的垂直的x'和y'坐标轴相关联。图示了具有长度ρ的定位矢量O和P分别代表磁场传感器366和磁场发生器368的磁中心点。发生器368坐标系相对于传感器366坐标系的旋转可以由从平行于x-轴的虚线测量的旋转角度限定。使用极坐标,磁场发生器368相对于传感器366的定位和旋转可以分别由距离ρ(r的长度)、从x-轴测量的方位角α和旋转角度来限定。在一些实现中,传感器366坐标系中基于车辆的磁场发生器368与基于地面的磁场传感器366之间的这种定位关系可以对应于基座(408)坐标系中车辆(406)与基座(408)的定位关系。
图5是图示在发生器368坐标系中图3的基于地面的磁场传感器366与基于车辆的磁场发生器368之间的示例性定位关系的示图500。示出了传感器366坐标系的垂直的x和y坐标轴以及发生器368坐标系的垂直的x'和y'坐标轴。图示了具有长度ρ的定位矢量其中O'和P'分别代表磁场发生器368和磁场传感器366的磁中心点。传感器366坐标系相对于发生器368坐标系的旋转可以由从x'-轴测量的方位旋转角度限定。使用极坐标,磁场传感器366的定位和旋转可以分别由从平行于x'-轴的虚线测量的方位角α'、距离ρ(r′的长度)和方位旋转角度来限定。在一些实现中,发生器368坐标系中基于地面的磁场传感器366与基于车辆的磁场发生器368之间的这种定位关系可以对应于车辆(406)坐标系中基座(408)和车辆(406)的定位关系。
图6是图示根据一些实现的图3的磁场发生器368与被配置为确定车辆的定位和定向的两种不同类型366a、366b的磁场传感器366之间的布置的示图600。磁场发生器368被配置为生成交变磁场604。差分磁场传感器366a包括共面感测线圈阵列。差分磁场传感器366a可以用于基于感测在每个共面感测线圈的位置处的磁场604的差分水平Ha、Hb、Hc、Hd来确定定位。与之对照,3轴磁场传感器366b包括设置在相互正交的平面中的三个感测线圈。3轴磁场传感器366b可以用于基于感测在传感器366b的位置处的磁场604的矢量H=[Hx,Hy,Hz]T的幅度和方向来确定定位。
图7是图示根据一些实现的基于共面线圈阵列的图6的差分磁场传感器366a的示图。差分磁场传感器366a可以包括四个共面线圈,例如各自设置在铁氧体结构710上或附近的线圈702、704、706、708。四个共面线圈702、704、706、708中的每一个可以被配置为生成与先前结合图6描述的磁场604的磁场水平Ha、Hb、Hc、Hd相对应的相应的电压信号Va、Vb、Vc、Vd。在一些其他实现中,差分磁场传感器366a包括多个至少三个共面线圈。
图8是图示图6的3轴磁场传感器366b的示图。磁场传感器366b可以包括铁氧体结构808和三个感测线圈802、804、806,每个感测线圈在相互正交的平面中缠绕在铁氧体结构808上或周围。在一些实现中,感测线圈806可以沿着铁氧体结构808的最大表面的周边设置。备选地,感测线圈806可以缠绕在铁氧体结构808的边缘上。尽管图8图示了3轴磁场传感器366a的一个示例,但是所图示的结构可以同样适用于3D磁场发生器368。此外,本申请还设想2轴磁场发生器和/或传感器,其可以省略三个感测线圈802、804、806中的一个(例如,感测线圈806)。如果用电流来主动驱动线圈,则如图8所示的正交线圈布置也可以用于生成在多个轴上极化的磁场。
在一些实现中,铁氧体结构808可以在如图3所示的无线功率传输基座耦合器304与磁场传感器366之间共享。在一些实现中,在无线功率传输基座耦合器304与磁场传感器366之间共享铁氧体结构808可以使得较大的铁氧体结构808能够被使用。较大的铁氧体结构808可以能够捕获更多的磁通量,这又可以允许基座定位子系统362提供更准确的车辆定位或在更大的范围内操作。在一些其他实现中,感测线圈802、804、806中的至少一个还可以用作用于无线功率传输的线圈。在一些实现中,通过将结构重新用于多个目的,可以实现减少的组件数量,这还可以降低制造成本。
图9是图示根据一些实现的基于磁场的定位系统900的框图。基于磁场的定位系统900包括图3的电动车辆定位子系统364。电动车辆定位子系统364被配置为利用相应的交流电流来驱动磁场发生器368的多个发生器线圈902、904、906中的每一个。发生器线圈902、904、906可以具有与结合图8描述的线圈802、804、806相对应的物理定向和结构,以生成分别在x'-轴、y'-轴和z'-轴方向上具有磁矩的磁场。交流电流生成可以用于定位和定向发现的交变磁场。
基于磁场的定位系统900还包括具有多个感测线圈912、914、916的图3的磁场传感器366。感测线圈912、914、916可以具有与结合图8描述的线圈802、804、806相对应的物理定向和结构。多个感测线圈912、914、916被配置为基于穿过其绕组的磁通量的量来生成电压信号。感测线圈912、914、916可以具有与结合图8描述的线圈802、804、806相对应的物理定向和结构,以分别在x-轴、y-轴和z-轴方向上感测磁场分量。基座定位子系统362被配置为从多个感测线圈912、914、916接收电压信号并且基于此来输出指示定位的信息。
在一些实现中,基于磁场的定位系统900被配置为包括可选的同步链路930,可选的同步链路930被配置为在电动车辆定位子系统364与基座定位子系统362之间建立时间或相位同步。
在一些实现中,基于磁场的定位系统900可以包括2轴发生器和3轴传感器。在这样的实现中,多个发生器线圈902、904、906中的一个可以被省略,或者备选地用零电流来驱动。类似地,在一些实现中,基于磁场的定位系统900可以包括3轴发生器和2轴传感器。在这样的实现中,多个感测线圈912、914、916中的一个可以被省略,或者备选地与基座定位子系统362在电学上断开。在一些实现中,基于磁场的定位系统900可以包括2轴发生器和2轴传感器。
图10图示了3轴发生器/3轴传感器的基于磁场的定位系统900的多线圈布置1000。线圈被示意性地示出为圆形线回路。发生器线圈902、904、906可以图示在相互正交的平面中的线圈布置。同样地,感测线圈912、914、916可以图示在相互正交的平面中的线圈布置。图10示出了根据一些实现的图9的3轴磁场发生器368的线圈902、904、906中的电流流动和图9的3轴磁场传感器366的感测线圈912、914、916的端子处的电压。传感器366被图示为相对于与发生器368对准的定向具有三个任意正交的旋转角度θ′和ψ′。这些角度可以表示通常用于描述主体在参考坐标系中的空间旋转序列的欧拉角。角度θ′和ψ′可以分别指代关于传感器的z-轴、y-轴和x-轴的旋转序列。在一些实现中,它们可以分别指代方位(偏航)旋转角度、俯仰旋转角度和滚动旋转角度。
在一些实现中,可以应用传感器366相对于发生器368的定位的物理约束。例如,在根据图5的、其中磁场发生器368在车辆100上并且磁场传感器366在基座中的实现中,传感器366的定位和定向通常在物理上被约束到下半空间并且被约束到相对于发生器368的坐标系基本上水平的定向,以使得以下成立
rz′<0, (1)
在操作中,电动车辆定位子系统364用以矢量形式表示如下的相应线圈电流Ix′、Iy′、Iz′来驱动发生器线圈902、904、906:
电流矢量也可以组合成3×3矩阵:
在一些实现中,电动车辆定位子系统364用相等的电流水平来各自驱动发生器线圈902、904、906,使得以下成立
Ix′=Iy′=Iz′=I (5)
在一些其他实现中,电动车辆定位子系统364用具有振幅的交流(正弦)电流来各自驱动发生器线圈902、904、906,使得以下成立
ωx′Ix′=ωy′Iy′=ωz′Iz′。 (6)
其中ωx′、ωy′、ωz′代表驱动线圈的电流的角频率。
在发生器线圈902、904、906中循环的交流线圈电流Ix′、Iy′、Iz′生成交变磁场。来自该交变磁场的磁通量流过感测线圈912、914、916中的每一个,并且感应出跨感测线圈912、914、916的端子的相应电压。这些电压由如图9所示的那样可操作地耦合到感测线圈的基座定位子系统362检测。在一些实现中,检测到的电压分量可以指代结合图30描述的相位同步电路3002的输出。由基座定位子系统362检测到的电压分量可以用矢量形式表达为:
电压矢量Vx′、Vy′、Vz′的值可以表示基于感测线圈端子处的振荡电压信号而从检测和同步电路输出的采样电压值。这些3维矢量被称为3D电压矢量。这些电压矢量的分量指示由分别由发生器线圈902、904、906中的每一个生成的交变磁场产生的电压。矢量分量Vx′x、Vy′x、Vz′x分别指示由发生器线圈902、904、906感应到x-感测线圈912中的电压分量。矢量分量Vx′x、Vy′x、Vz′x分别指示由发生器线圈902、904、906感应到y-感测线圈914中的电压分量。矢量分量Vx′z、Vy′z、Vz′z分别指示由发生器线圈902、904、906感应到z-感测线圈916中的电压分量。如图9所示,感测线圈912、914、916和发生器线圈902、904、906可以分别与基座定位子系统362和电动车辆定位子系统364相关联(例如,与其连接)。在其他的一些实现中,发生器线圈可以与基座定位子系统相关联,并且感测线圈可以与电动车辆定位子系统相关联。在一些实现中,定位和定向处理可以由基座定位子系统362执行,而在其他的一些实现中,定位和定向处理可以由电动车辆定位子系统364执行。
3D电压矢量Vx′、Vy′、Vz′也可以组合形成3×3电压矩阵:
它们也可以组合以形成9维(9D)电压矢量:
在一些实现中,基座定位子系统362基于9D电压矢量的九个分量来确定传感器366相对于发生器368的定位和定向。
对于发生器线圈902、904、906的正弦电流激励,由三个发生器368线圈电流Ix′、Iy′、Iz′与由基座定位子系统362在传感器366的三个端子处检测到的九个电压分量之间的关系指示的、3轴发生器368与3轴传感器366之间的磁场耦合关系可以使用定义(4)和(8)以矩阵形式表达为:
[V′]=j[ω′][M′][I′], (10)
其中并且[M′]代表3×3互感矩阵,定义如下:
并且[ω′]代表电流激励的3×3角频率矩阵:
在使用发生器线圈902、904、906的正弦电流激励的一些实现中,基座定位子系统362基于互感矩阵(11)的九个互感(元素)来确定传感器366相对于发生器368的定位和定向。在这样的实现中,电动车辆定位子系统364可以经由通信链路376将激励电流水平Ix′、Iy′、Iz′传送给基座定位子系统362,从而允许基座定位子系统362计算互感矩阵。如果等式(6)对电流激励成立,则等式(8)的电压矩阵的元素与等式(11)的互感矩阵的元素成比例。因此,依赖于等式(11)的互感矩阵的实现可以等效于依赖于等式(8)的电压矩阵的实现。
基座定位子系统362可以确定也形成9D电压矢量V′的3D电压矢量Vx′、Vy′、Vz′的每个唯一组合的点积(即,标量积)的绝对值,以生成6维(6D)绝对标量(点)积矢量A′:
3D电压矢量Vx′、Vy′、Vz′取决于传感器366相对于发生器368的定向。因此,包括电压矢量Vx′、Vy′、Vz′中的每一个的分量的9D电压矢量V′也取决于传感器366相对于发生器368的定向。与之相比,由于A′的分量是从V′的分量的点积确定的,所以如果磁传感器366是各向同性的,则矢量A′是定向无关的。如果9D电压矢量(9)的幅度对于磁场传感器366以任何角度关于任何轴的旋转而保持恒定或基本上恒定,则3轴磁场传感器366可以被认为是各向同性的。在一些实现中,如果9D电压矢量(9)对于关于其z-轴以角度的任何(方位)旋转而保持恒定,则3轴磁场传感器366可以被认为是各向同性的。如果磁场传感器366基本上是各向同性的,则6D绝对标量积矢量A′可以对传感器366相对于发生器368的旋转而基本上不变(例如,不管传感器366相对于发生器368的相对旋转如何,矢量A′都可以基本上恒定)。
在一些实现中,传感器366可以不构成正交感测线圈的物理布置。代之,传感器366可以包括多个非正交感测线圈,因此基座定位子系统362可以例如对3×3电压矩阵(8)执行附加的正交化操作,使得9D电压矢量V′变为等效于从构成例如如图8所示的正交感测线圈的物理布置的传感器366获取的9D电压矢量。
通过这种理解,可以如下进行定位查询。基于指示感应到感测线圈912、914、916中的电压的九个检测到的电压分量Vx′x、Vx′y、Vx′z、Vy′x、Vy′y、Vy′z、Vz′x、Vz′y、Vz′z,可以确定传感器366坐标系(例如,x'-轴、y'-轴和z'-轴)中的定位r′=[rx′,ry′,rz′]T′和旋转角度θ′、ψ′。这是6维(6D)查询,因为有6个未知数:3个定位坐标rx′、ry′、rz′和3个旋转角度θ′、ψ′。
在一些实现中,通过施加一组物理约束和假定,可以将该6D查询减小到可以用较少计算来解决的3D查询。例如,在一些实现中,可以假定磁场传感器366位于由等式(1)限定的下半空间中。此外,在一些实现中,可以忽略传感器与发生器之间的竖直距离rz′。此外,在一些实现中,可以假定发生器和传感器均基本上水平定向(例如,没有相对俯仰或滚动,使得等式(2)成立)。因此,在这些假定下,已知发生器线圈驱动电流Ix′、Iy′、Iz′和指示感测线圈感应的电压的检测到的电压分量Vx′x、Vx′y、Vx′z、fy′x、Vy′y、Vy′z、Vz′x、Vz′y、Vz′z,可以确定车辆坐标系中的定位r′=[rx′,ry′]T和旋转角度借助于定位矢量rz′和旋转角度θ′和ψ′的消除,该修改后的查询变为3D查询。
在一些实现中,可以使用复用以便允许基座定位子系统362区分发生器线圈902、904、906中的每一个对在图9和10的感测线圈912、914中的每一个中感应的电压的贡献。
图11图示了根据一些实现的复用方案,其中在磁场定位频分复用(FDM)方案中使用多个频率1102、1104、1106。如图11所示,为了区分由发生器线圈902、904、906中的每一个生成的磁场分量,电动车辆定位子系统364可以用以相应频率fx′、fy′、fz′振荡的电流同时驱动发生器线圈902、904、906中的每一个。在一些实现中,fx′、fy′、fz′可以在频率上相等地间隔开。在其他的一些实现中,fx′、fy′、fz′可以不相等地间隔开。
图12图示了根据一些实现的复用方案,其中在磁场定位时分复用(TDM)方案中使用多个时隙。TDM可以用于生成具有在不同轴线方向上的磁矩的磁场信号。与FDM相反,电动车辆定位子系统364可以在相应的时隙期间顺序地驱动发生器线圈902、904、906中的每个。例如,发生器线圈902可以在时隙1202、1208、1214期间被驱动,而发生器线圈904在时隙1204、1210、1216期间被驱动,并且发生器线圈906在时隙1206、1212、1218期间被驱动。重复周期中用于3轴发生器368的一组时隙(例如,时隙1202、1204、1206,分别表示为tx′、ty′、tz′)可以称为帧。在一些实现中,帧持续时间可以对应于基于磁场的定位系统的定位数据更新周期,例如,对应于每秒5个定位更新的200ms。
图13图示了根据一些实现的复用方案,其中在磁场定位码分多址(CDM)方案中使用由cx′、cy′、cz′表示的多个相互正交的二进制码序列1302、1304、1306。与FDM类似,当使用CDM时,电动车辆定位子系统364可以同时驱动发生器线圈902、904、906中的每一个。然而,代替具有不同的频率,电动车辆定位子系统364可以各自用经调制电流信号Ix′、Iy′、Iz′来驱动发生器线圈902、904、906。在CDM的一些实现中,经调制电流信号中的每一个可以是由相应的相互正交的二进制码序列1302、1304、1306进行二进制相移键控(BPSK)的载波波形。基座定位子系统362可以通过将经由感测线圈912、914、916接收的电压信号与二进制码序列1302、1304、1306的本地复制相关联来区分由发生器线圈902、904、906中的每一个生成的磁场。
如先前结合图9所述,基于磁场的定位系统900可以包括被配置为提供电动车辆定位子系统364与基座定位子系统362之间的绝对相位同步的可选的同步链路930,使得所检测到的3D电压矢量的极性(例如,Vx′、Vy′、Vz′)可以是明确的。这种可选的同步链路930可能需要具有相关联的制造成本的附加电路。在一些实现中,如果基于磁场的定位系统900省略了这样的同步链路930,则基座定位子系统362可以在经由感测线圈912、914、916接收的电压信号上建立至少固有的相对相位同步。
丢失绝对相位同步的潜在结果是,检测到的3D电压矢量Vx′、Vy′、Vz′关于它们的绝对极性可能是模糊的。图14图示了具有由虚线和非虚线矢量三元组指示的绝对极性模糊(ambiguity)的示例性矢量三元组Vx′、Vy′、Vz′1400。矢量三元组1400可以指代在基座定位子系统362中检测到的3D电压矢量Vx′、Vy′、Vz′,其与由通过电动车辆定位子系统364驱动的3轴磁场发生器368生成的磁场处于相对相位同步。仅依靠相对相位同步,基座定位子系统362可能无法区分3D电压矢量三元组Vx′、Vy′、Vz′和具有相反极性的对应矢量三元组-Vx′、-Vy′、-Vz′。
然而,在一些实现中,相对相位同步可以确保矢量三元组Vx′、Vy′、Vz′的个体矢量相对于彼此没有极性模糊,这意味着如图14所示的矢量Vx′、Vy′、Vz′之间的角度α、β、γ可以与采用绝对相位同步的系统中的角度相同。因此,9D矢量V′的分量的相对极性也可以是明确的。然而,如图14所示,在整个3D矢量三元组Vx′、Vy′、Vz′上可能存在剩余的绝对极性模糊。图15图示了在9D电压矢量空间1500中具有由±V′表达的绝对极性模糊的另一示例性9D矢量V′。如先前由等式(13)定义的,6D绝对标量积矢量A′对于3D电压矢量Vx′、Vy′、Vz′中的任何一极性模糊都是不变的。
在一些实现中,绝对极性模糊可能导致由基于磁场的定位系统600确定的定位和/或定向的模糊。然而,即使在没有绝对极性模糊的情况下,磁场感测也可能导致定位和/或定向模糊。针对自由空间中的磁偶极场的简单示例结合图16更详细地图示了对磁场结构固有的定位模糊的性质。图16是矢量图1600,矢量图1600图示根据一些实现的3轴磁场发生器368的磁偶极矩mx′、my′、mz′以及在六个不同的轴上位置A'、B'、C'、D'、E'、F'中的每一个处的所得到的磁场矢量分量Hx′、Hy′、Hz′。
如图16所示,在发生器坐标系的原点O′=(0,0,0)处示出了磁矩矢量mx′、my′、mz′。在六个等距的轴上点A′=(ρ,0,0)、B′=(0,ρ,0)、C′=(-ρ,0,0)、D′=(0,-ρ,0)、E′=(0,0,ρ)、F′=(0,0,-ρ)中的每一个处示出了所得到的磁场矢量分量Hx′、Hy′、Hz′。在这六个轴上点中的每一个处,矢量分量包括由轴上磁矩造成的径向方向上的分量(例如,对于点A'的Hx′)。矢量分量还包括由指向垂直方向的两个其他磁矩造成的在与径向方向相切的方向上的两个其他分量(例如,对于点A'的Hy′、Hz′)。可以看出,在该示例中,模糊的定向总是包括两个完全(diametrically)相反的(正相反)的定向,其可以分别用定位矢量r′1和r′2表示,其中以下成立
r′1=-r′2。 (14)
传感器368相对于发生器366的定位或定向的变化将导致9D电压矢量V′的变化。结合图17和图18来更详细地描述这种可变性的性质。
图17图示了3轴磁场传感器366的定位矢量r′的变化可能对9D电压矢量V′的影响。图17图示了在参考原点为O’的磁场发生器368参考系(例如,x'-轴、y'-轴和z'-轴)的3D定位空间1700中的定位矢量r′。图17还图示了9D电压矢量空间1750中的9D电压矢量V′(尽管实际上仅以3维示出)。由定位矢量r′限定的磁场传感器366的定位的变化将导致9D电压矢量V′的变化,这可以通过如下面结合等式(23)描述的映射函数来描述。旋转角度的三个零变元指示传感器366在移动的同时相对于发生器368保持对准(零旋转)。为了便于可视化,在矢量空间1700和1750中的每一个中示出了x'-轴和y'-轴方向中的每个方向上的对应的任意调节标记。3D定位空间1700和9D电压矢量空间1750中的点P'可以指代传感器366在移动之前的初始定位。调节标记指示参考3D定位空间1700从P'的偏移,例如以厘米计。图17示出了在定位矢量在平行于x'-、y-'平面(恒定z')的平面中移动的情况下9D电压矢量在弯曲的2D表面上移动。图17还指示,在定位矢量r′在不同的z'处在平行于x'-、y-'平面的另一平面中移动的情况下,9D电压矢量将在不同的2D表面上移动。如图17所示的9D矢量空间中的2D表面仅是说明性的,并不表示真实的几何形状。
图18图示了3轴磁场传感器366的定向θ′、ψ′的变化可能对9D电压矢量V′的影响。图18图示了在参考发生器368坐标系的3D旋转空间1800中具有θ′、ψ′的旋转角度的传感器366。假定传感器366在旋转的同时处于由定位矢量r′0限定的固定定位P'。图18还图示了9D电压矢量空间1850中的9D电压矢量V′(尽管实际上仅以3维示出)。传感器366的定向关于x-轴、y-轴和z-轴中的任何一个的变化将导致9D电压矢量V′的变化,这可以通过如下面结合等式(23)所描述的映射函数来描述。如果传感器366如上文所限定的那样是各向同性的,则当传感器366旋转时,例如,以任意角度关于其z-轴旋转时,9D电压矢量V′的尖端在9D空间1850中在圆上移动。为了便于可视化,在矢量图1850中示出了对应的任意调节标记以说明在x-轴、y-轴和z-轴中的每一个中的角度θ′、ψ′的旋转如何修改9D矢量V′。这些9D圆上的标记以度数指示传感器366相对于其初始定向的旋转角度。同样,如图18所示的9D空间1850中的圆仅仅是说明性的,并不表示真实的几何形状。
图19图示了噪声对9D电压矢量空间1000中的9D电压矢量的效应。在一些实现中,当存在噪声、干扰和/或失真时,由可操作地耦合到传感器366的基座定位子系统362检测到的电压矢量V′可能被扰动。在一些实施例中,加性噪声的扰动可以表达为
其中是扰动的9D电压矢量,V′是未扰动的电压矢量,并且是噪声矢量。噪声矢量可以被认为是矢量随机变量,并且可以通过多维(多变量)概率分布(例如,多元高斯分布)来统计地描述。例如,图19图示了围绕未扰动的电压矢量V′的9D超球面概率分布的示例噪声矢量。如果噪声矢量的所有九个分量具有相等的标准偏差使得下面的等式成立,则得到超球面概率分布:
在这种情况下,9D概率分布可以被认为是半径为的超球面。
由于基座定位子系统362将6D绝对标量积矢量A′确定为9D矢量V′的分量的点积的绝对值,所以如果V′被扰动(例如通过加性噪声),则根据以下等式,A′通常将被噪声扰动:
其中是扰动的6D矢量,A′是未扰动的6D矢量,并且是6D噪声矢量。
扰动的矢量和也可以被称为检测矢量,因为由基座定位子系统362检测到的任何电压将经受来自周围环境和/或来自基座定位子系统本身的至少最小噪声和/或干扰。
在一些实现中,未扰动的零旋转的9D电压矢量V′0可以被定义为当传感器366相对于发生器368的所有旋转角度θ′、ψ′为零时得到的未扰动的9D电压矢量V′。如果传感器366是如上定义的各向同性的,则利用具有任意旋转角度θ′、ψ′的传感器366获取的未扰动的9D电压矢量和未扰动的零旋转9D电压矢量V′0可以通过以下矩阵等式互相关联:
其中[Rθ′]和[Rψ′]表示如下定义的旋转矩阵
在一些实现中,通过利用如下的矩阵等式(18)的逆,基座定位子系统362可以从用具有任意旋转角度θ′、ψ′的传感器366获取的扰动的9D检测矢量确定未扰动的零旋转9D矢量V′0的估计
其中[·]T表示由等式(19)-(21)定义的相应旋转矩阵的转置矩阵。由等式(22)定义的矩阵运算在本文中可以称为去旋转,并且矩阵可以被称为矩阵的旋转变换。矩阵的这种旋转变换也可以由表示。
图20图示了6D定位和定向矢量空间2000中的由三个定位坐标rx′、ry′、rz′和三个旋转角度θ′、ψ′组成的6D定位和定向矢量到9D电压矢量空间2050中的9D电压矢量V′上的映射。在数学方面,传感器366的定位和定向到电压矢量上的这种映射可以通过映射函数来描述
类似地,图20还图示了9D电压矢量空间2050中的9D电压矢量V′到6D定位和定向矢量空间2000中的6D定位和定向矢量上的逆映射。在数学方面,9D电压矢量到6D定位和定向矢量的这种映射可以通过逆映射函数来描述。
在一些实现中,确定有效的明确定位可以依赖于具有一对一关系(即,单射关系)的映射函数f′(·)。换言之,每个6D定位和定向矢量映射到单个9D电压矢量V′,并且相逆地,每个9D电压矢量V′映射到单个6D定位和定向矢量对于在先前定义的物理约束(等式(1)和(2))下操作的图9的3轴发生器/3轴传感器系统,映射函数f′(·)和f′-1可以是单射的,即使9D矢量V′经受绝对极性模糊。另一方面,在发生器368或传感器366中利用少于3个轴并且具有绝对极性模糊的实现中,这些映射函数可能变为非单射的。这可能导致车辆引导和对准系统必须应对的定位和/或定向模糊。
此外,在一些实现中,确定准确的定位和定向可以依赖于对于特定停车位有效并且随着时间稳定的映射函数f′(·)和/或其逆f′-1。
在一些实现中,映射函数f′和/或其逆f′-1或其部分可以通过数学(解析)多维函数来描述,例如,基于磁单极或偶极子函数、多项式函数、指数函数、三角函数、超几何函数、高斯函数等。
在一些其他实现中,映射函数f′和/或其逆f′-1或其部分可以由也称为查找表(LUT)的表函数定义,LUT的示例在图23中示出。LUT可以被描述为将离散输入值串与离散输出值串相关联的数字阵列。例如,如果应用于逆函数f′-1,则每个输入值串可以指代电压矢量V′,并且每个相关联的输出值串可以指代对应的定位和定向矢量
在一些实现中,映射函数f′的输出值串和逆映射函数f′-1的输入值串也可以被称为参考矢量V′,而不管f′和/或其逆f′-1被实现为解析还是表格化函数(LUT)。
在一些实现中,与参考矢量V′相关联的定位r′和旋转角度θ′、ψ′的每个组合可以对应于有限定位和定向空间2000中的网格点,如下面进一步描述的。如果逆映射函数基于LUT,则网格点间距和所得到的参考矢量V′的数目可以表示定位准确度与LUT大小之间的折衷。如果基于解析函数,则网格点间距和所得到的参考矢量V′的数目可以与处理器3004的数值精度相关,如结合图30所描述。如果处理器3004是模拟电路,则网格点间距可以是零,并且参考矢量的数目变为无穷大(连续)。
与定位r′和旋转角度相关联的多个参考矢量V′也可以被称为矢量图,而不管f′和/或其逆f′-1被实现为解析还是表格化函数(LUT)或者它是有限集还是无限集。
在一些实现中,可以在先前的系统校准过程中获取多个参考矢量V′。这种系统校准过程可以涉及计算机模拟,例如,使用有限元方法(FEM)、插值、近似、使用解析方法的回归、在受控环境中和/或使用磁场定位系统900的真实实现在特定停车位中的现场中的测量。
在一些实现中,基座定位子系统362可以使用检测矢量作为输入根据等式(24)基于逆映射函数f′-1确定传感器366相对于发生器368的定位和/或定向,其可以表达为
如果解析地定义逆映射函数f′-1,则基座定位子系统362可以使用等式(25)和合适的数值方法来计算定位和/或定向。
在一些实现中,通过映射函数f′与定位r′和旋转角度θ′、ψ′相关的该组参考矢量V′可以仅占据电压矢量空间的子空间。在电压矢量空间的维度超过定位和旋转角度空间的维度(例如,9D对6D)并且如果定位和旋转角度空间本身被约束的情况下,可能尤其是这样。如果检测矢量被扰动,例如如前所述的被加性噪声扰动,则检测矢量可能不属于该组参考矢量在这种情况下,逆函数f′-1可能根本不提供解,或者它可能不提供针对r′、θ′、ψ′的物理上有意义的解。如果电压矢量空间2050的维度超过定位和旋转空间2000的维度(例如,9D对6D),则这种事件的可能性可能很高。然而,即使两个空间的维度相等并且传感器366的真实定位和定向在指定的定位和旋转角度空间内,逆函数f′-1也可能不总是提供解,这取决于f′-1的性质和结构。在任何情况下,如果检测矢量被扰动,则的解必须被视为传感器366的真实定位和定向相对于发生器368的估计,并且可以表达为:
在一些实现中,基座定位子系统362通过首先对检测矢量执行一些非线性操作使得对于任何或至少对于大多数扰动的检测矢量存在针对r′、θ′、ψ′的物理上有意义的解来推断传感器366相对于发生器368的定位和/或定向。在使用如先前定义的各向同性传感器366的一些实现中,这种非线性操作可以包括将矢量变换为矢量例如,类似于等式(13)。然而,这样的实现可能在分别针对传感器366的真实定位和定向的最佳估计的意义上不能最佳地执行,因为这种非线性操作通常是涉及信息的丢失。
因此,在一些实现中,通过确定检测矢量与先前校准为与传感器366相对于发生器368的特定定位r′和旋转角度θ′、ψ′相对应的多个参考矢量V′之间的最接近匹配,基座定位子系统362可以推断传感器366相对于发生器368的定位和/或定向,其可以等效于基座408相对于车辆406的定位和/或定向。这种定位和定向发现的过程也可以称为联合定位和定向发现。与定位r′和旋转角度θ′、ψ′相关联的多个参考矢量V′可以限定等式(23)的映射函数。
从概率的角度来看,如果矢量被扰动,例如,通过如前所述的加性噪声而被扰动,则最接近检测矢量的多个参考矢量中的参考矢量V′(r′)可以表示具有最高概率(最大似然)的参考矢量。因此,与该参考矢量相关联的定位r′和旋转角度θ′、ψ′也可以表示传感器366的具有最高概率的定位和定向。具有最高概率的定位和定向也可以分别被认为是传感器366的真实定位和定向的最佳估计和
如果矢量被具有由等式(27)定义的标准偏差的加性噪声扰动,则基座定位子系统362可以使用两个矢量之间的欧几里德距离来确定具有最接近匹配的矢量对。图21图示了N维矢量空间2100中的两个N维矢量之间的欧几里德距离。图21示出了矢量a和矢量b,每个矢量的原点在N维矢量空间2100的原点处。根据以下等式,矢量a和b之间的欧几里德距离ε可以被定义为差矢量d=a-b的长度。
其中ai是矢量a的第i个矢量分量,并且bi是矢量b的第i个矢量分量。矢量a和矢量b可以分别指代参考矢量V′和检测矢量
如果等式(29)不成立,意味着标准偏差不相等,则基座定位子系统362可以采用例如以下的加权距离度量而不是欧几里德距离
其中ai可以指代矢量a(例如,参考矢量V′)的第i个分量,并且bi可以指代矢量b(例如,检测矢量)的第i个分量。在一些实现中,基座定位子系统362可以采用备选的距离度量,例如,平方欧几里德距离、欧几里德距离的近似、根据等式(33)的加权距离度量、或任何其他合适的距离度量。下文的定位和定向发现过程的描述假定由等式(32)定义的标准欧几里德距离,但不应当被解释为限于此。
在基于LUT的一些实现(其示例在图23中示出)中,如上所述的确定定位和定向的过程可能需要参考矢量V′针对定位r′和旋转角度θ′、ψ′的每个组合被存储。取决于指定的定位和旋转角度空间的大小以及网格点间距(参见下面给出的示例),这可能需要大量的存储。因此,在一些实现中,基座定位子系统362使用包含多个参考矢量V′0的LUT,多个参考矢量V′0先前被校准以与特定传感器366的定位r′相对应但仅针对传感器366相对于发生器368的单个固定旋转,例如,零旋转与定位r′相关联的多个参考矢量V′0也可以被称为针对传感器366的固定旋转的矢量图。
在使用如先前定义的各向同性或基本上各向同性的传感器366的一些实现中,通过针对多个先前校准的参考矢量V′0中的每一个确定的多个旋转变换与9D检测矢量之间的最短欧几里德距离,基座定位子系统362可以推断传感器366相对于发生器368的定位和/或定向。旋转变换可以包括参考矢量V′0的旋转序列,首先是角度然后是角度θ′,并且最后是角度ψ′,例如,如等式(18)所给出的。
在使用如先前定义的各向同性或基本上各向同性的传感器366的一些实现中,通过确定检测矢量的多个旋转变换与先前校准为与传感器366相对于发生器368的特定传感器366定位r′相对应的多个零旋转的参考矢量V′0之间的最短欧几里德距离,基座定位子系统362可以推断传感器366相对于发生器368的定位和/或定向。旋转变换可以包括检测矢量的旋转(去旋转)序列,例如,首先是角度-ψ′,然后是角度-θ′,并且最后是角度例如,如等式(22)给出的。图22图示了9D矢量空间2200中的9D零旋转参考矢量V′0(r′)与9D检测矢量的旋转变换之间的欧几里德距离ε。矢量可以是可操作地连接到任意旋转的传感器366的基座定位子系统362的输出。传感器366相对于发生器368的旋转θ′、ψ′是先验未知的并且将要被确定的。如前所述,任何这种旋转都可能影响检测矢量因此,联合发现定位和定向可能需要迭代地针对多个离散定位r′中的每个定位、针对多个离散角度中的每个角度、针对多个离散角度θ′中的每个角度、以及对于多个离散角度ψ′中的每个角度,确定检测矢量的旋转变换与先前校准的零旋转参考矢量V′0(r′)之间的欧几里德距离ε。如果检测矢量是如前所述的极性模糊的主体,则联合定位和定向发现的过程可以另外包括在两个极性假设p=+1和p=-1上的迭代。术语“迭代地”或“迭代”意指,可以针对多个定位中的每个定位,并且对于每个定位针对多个角度中的每个角度并且对于每个角度针对多个角度θ′中的每个角度θ′,并且对于每个角度θ′针对多个角度ψ′中的每个角度ψ′,并且如果需要,对于每个角度ψ′针对两个极性假设p=+1和p=-1,确定欧几里德距离。
在一些实现中,零旋转参考矢量V′0(r′)可以存储在查找表(LUT)2300中,其示例在图23中示出。在一些其他实现中,零旋转参考矢量V′0(r′)可以由如等式(23)表达的形式的解析(数学)函数来定义,并且由处理器(例如,图30所示的处理器3004)计算。
在数学方面,多个离散定位r′中的定位可以由定位矢量r′i,j,k=[rx′,i,ry′,j,r′z′,k]T表达,其中索引i、j、k是整数。同样,多个离散角度θ′和ψ′中的相应角度可以由θ′m和ψ′n表达,其中索引l、m、n是整数。使用这些定义,基于最短(最小)欧几里德距离ε联合地确定定位和旋转角度的过程可以表达为
其中|·|表示欧几里德空间中的矢量的范数。术语“all”应当被理解为在针对特定实现而指定的数字范围内的i、j、k、l、m、n、p的所有迭代(组合)。通过等式(31)的过程输出的定位和旋转角度可以分别表示定位估计和旋转角度估计在一些实现中,这些估计可以包括定位和/或定向模糊。9D检测矢量的旋转变换(也称为去旋转)由矩阵等式(18)给出,并且可以在等式(31)的上下文中表达为
在一些实现中,离散定位r′i,j,k可以对应于被称为搜索空间的有限3D定位空间中的网格点。搜索空间可以由以下范围定义:
x′min<rx′,i<x′max,
y′min<ry′,j<y′max,
z′min<rz′,k<z′max, (33)
其中x′min和x′max表示3D定位空间x'维度的下限和上限,y′min和y′max表示其y'维度的下限和上限,等等。搜索空间的网格点可以具有足够紧密的间距,使得不管传感器366的定位如何,它都不会明显损害由基座定位子系统362确定的定位和定向估计的准确性。在一些实现中,网格点是相等地间隔开的。在一些其他实现中,网格点是不相等间隔开的,例如,根据一些规则,间距随着距3D定位空间的原点的距离而递增。在示例性实现中,例如,在由等式(1)定义的传感器366定位的物理约束适用的情况下,范围可以限于x′min=-500cm,x′max=500cm,y′min=-300cm,y′max=300cm,z′min=-15cm,z′max=-10cm,并且沿着每个轴线可以适用相同的网格点。
在一些实现中,离散角度θ′m和v′n对应于由以下范围限定的3D定向角空间中的网格点:
θ′min≤θ′m<θ′max,
ψ′min≤ψ′n<ψ′max, (34)
其中和表示3D定向空间的维度的下限和上限,并且θ′min和θ′max表示θ′维度的下限和上限,等等。网格点可以具有足够紧密的间距,使得不管传感器366的定位和定向如何,它都不会明显损害由基座定位子系统362确定的定位和定向估计的准确性。例如,在示例性实施中,可以适用以下限制 θ′min=-180°,θ′max=180°,ψ′min=-180°,ψ′max=180°以及可以适用1°的相等网格点间距。如果由等式(2)定义的传感器366的俯仰角和滚转角的物理约束适用,则θ′和ψ′范围的限制可以设置为θ′min=θ′max=ψ′min=ψ′max=0°。
在其他一些实施中,搜索空间的限制x′min、x′max、y′min、y′max、z′min、z′max、θ′min、θ′max、ψ′min、ψ′max和网格间距是可变参数,可以分别取决于先前发现的定位和定向角度估计。
在另外的实现中,多个离散定位r′i,j,k可以对应于由9D检测矢量的函数确定的搜索空间中的网格点。在一些实现中,基座定位子系统362确定以发生器368坐标系的原点为中心的3D柱形搜索空间,其受到内半径ρ′x′,y′,min和外半径ρ′x′,y′,max以及z'高度范围的限制。该柱形搜索空间可以定义为:
z′min<rz′,k<z′max。 (35)
在一些实现中,基座定位子系统362可以基于从9D检测矢量得到的值(例如,基于其幅度)来确定内半径ρ′x′,y′,min和外半径ρ′x′,y′,max。
取决于搜索空间中的网格点的数目,联合定位和定向发现过程可能是计算极其密集的。在一些实现中,为了减少计算负荷,可以将这种定位和定向发现过程划分为第一操作过程和第二操作过程,第一操作过程是定向无关的定位发现过程,第二操作过程是基于在第一操作过程中发现的定位的定向发现过程。
定向无关的定位发现过程在下面描述,并且适用于使用如先前定义的各向同性或基本各向同性的传感器366的基座定位子系统362。基座定位子系统362可以首先基于检测矢量(例如,由等式(13)定义的6D检测矢量)确定定位估计检测矢量是检测矢量的非线性变换,具有比低的维度,并且对于传感器366的旋转和极性模糊是不变的。基座定位子系统362可以通过发现检测矢量与多个先前校准的参考矢量A′(r′i,j,k)之间的最短欧几里德距离来确定定位估计这些参考矢量A′(r′i,j,k)可以存储在如结合图23所描述的查找表(LUT)2300中。
图23图示了查找表(LUT)2300中的示例性条目,包括LUT地址i、j、k相关联的定位坐标rx′,i、ry′,j、rz′,k、相关联的9D零旋转参考矢量V′0(rx′,i,ry′,j,rz′,k)、以及相关联的6D参考矢量A′(rx′,i,ry′,j,rz′,k)。LUT 2300可以包括具有如图所示的一般格式的多个条目。每个条目可以对应于磁场传感器366相对于如前所述在有限的3D定位空间上布置成网格的磁场发生器368的唯一定位。在一些实现中,如果由发生器368生成的磁场是对称的,则LUT 2300可以限于仅在3D定位空间的一个八分圆(otcant)中的条目,以减小图23的LUT 2300的大小。如果也适用由等式(1)定义的传感器366定位的物理约束(下半空间),则八分圆可以指代象限。
图24图示了在6D矢量空间2400中图23的LUT 2300的6D零旋转参考矢量A′(r′i,j,k)与6D检测矢量之间的欧几里德距离ε。因为检测矢量对传感器366的旋转是不变的,所以依赖于6D绝对标量积矢量不需要确定检测矢量和每个零旋转参考矢量A′的迭代旋转和极性变化之间的最短欧几里德距离。这可以大大减少确定定位r′i,j,k的计算负荷。基座定位子系统362可以确定提供多个6D参考矢量A′(r′i,j,k)与6D检测矢量之间的最短欧几里德距离的定位r′i,j,k。基座定位子系统362可以通过系统地在由特定实现指定的搜索空间内逐步通过与图23的LUT 2300中的参考矢量A′(r′i,j,k)相关联的每个定位条目r′i,j,k来实现这一点。在数学方面,基于最短(最小)欧几里德距离ε确定定位估计的这种定向无关的过程可以表达为
其中|·|表示欧几里德空间中的矢量的范数。术语“all”可以被理解为i、j、k在由特定实现指定的数字范围内的所有迭代(组合)。在一些实现中,这些范围对应于6D定位和定向空间的3D定位子空间的一个八分圆中的网格点。
在一些实现中,如果矢量图A′(r′i,j,k)相对于x'-轴、y'轴和z'轴中的至少一个对称,则由定向无关的过程(等式(36)确定的定位估计可以被认为是模糊的。如果适用针对传感器366的定位的物理约束(例如,rz′<0),则模糊定位可以包括在下半空间的第5、第6、第7和第8八分圆中的每一个中在对称点处的一个定位。这些定位可以表达为
一旦定位估计已知,可以基于9D检测矢量在第二操作定向发现过程中确定传感器366的定向。这可以通过以下来完成:迭代地针对多个离散角度中的每个角度、针对多个离散角度θ′m中的每个角度、并且针对多个离散角度ψ′n中的每个角度、并且如果需要针对两个极性假定p=[+1,-1],确定检测矢量的旋转变换与在第一操作过程中发现的定位相关联的零旋转参考矢量V′0之间的最短欧几里德距离ε。如果从第一操作定位发现过程获取的定位估计是模糊的,例如,包括由等式(37)给出的定位和则定向发现过程还可以包括在这些模糊上的迭代。如果LUT 2300中的矢量数据覆盖第5、第6、第7和第8八分圆,则可以从LUT 2300获取与这些定位相关联的零旋转参考矢量V′0。然而,如果LUT 2300仅覆盖一个八分圆(例如第一八分圆),则针对其他八分圆的参考矢量可以通过使用八分圆变换来获取,八分圆变换可以用矩阵记号而表达为
其中表示从第1到第q八分圆变换得到的新的参考矢量的矩阵记号,并且[Q′q]表示将参考矢量从第1变换到第q八分圆的矩阵。在一些实现中,变换矩阵[Q′q]可以由下式给出,对于q=1:
对于q=2:
对于q=3:
对于q=4:
对于q=5:
对于q=6:
对于q=7:
并且对于q=8:
由等式(39)-(47)定义的上面的矩阵也可以应用于从第q八分圆回到第1八分圆的逆八分圆变换。
在数学方面,确定在由在前的定向无关的过程发现的定位处的旋转角度估计的第二操作过程可以表达为
其中|·|表示欧几里德空间中的矢量的范数。术语“all”应当被理解为l、m、n、p、q在由特定实现指定的数字范围内的所有迭代(组合)。检测矢量的旋转变换(也称为去旋转)可以由矩阵等式(32)给出。如果定位估计展现出模糊,例如,在由(37)给出的第5、第6、第7和第8八分圆中的对称位置处,则可以针对q=5、6、7和8执行迭代。否则可以假定q=1。
在一些实现中,基座定位子系统362将八分圆变换应用于检测矢量的旋转变换而不是应用于参考矢量以便确定最短的欧几里德距离ε,并且LUT 2300包含参考矢量数据,例如仅针对第一八分圆的参考矢量数据。使用矩阵等式(38),的八分圆变换可以表达为
等式()可以指代利用传感器366获取的在第q八分圆中的位置处的9D检测矢量到第1八分圆中的对称位置的逆八分圆变换。矢量的逆八分圆和旋转变换可以由表示。使用该表示,基于最短(最小)欧几里德距离ε确定旋转角度估计 的第二操作过程可以表达为
这一过程可以等效于由等式()定义的过程。
在一些实现中,如果检测矢量被扰动,例如,通过如前所述的噪声被扰动,则与如先前所述的从计算密集的联合定位和定向发现过程获取的估计相比,如上所述的从两操作(顺序)定位和定向发现过程获取的定位和旋转角度估计可能不太准确。
下面描述根据一些实现的备选过程,其可以表示计算负担与定位准确度之间的折衷。该过程可以也是包括第一操作过程和第二操作过程的两操作过程,第一操作过程是定向无关的定位发现过程,第二操作过程是联合定位和定向发现过程。在第一操作过程中,基座定位子系统362可以发现Nc个候选定位对其而言,相关联的参考矢量与检测矢量之间的欧几里德距离小于搜索空间中的所有其他参考矢量A′(r′)与检测矢量之间的欧几里德距离ε。基座定位子系统362可以通过系统地逐步通过与图23的LUT 2300中并且在针对特定实现而指定的搜索空间内的参考矢量A′(r′i,j,k)相关联的每个定位条目r′i,j,k来实现这一点。在一些实现中,所得到的Nc个候选定位可能如前所述的那样是模糊的。
在一些实现中,候选的数目Nc可以在从10到100的范围内。如果图23的LUT 2300如前所述的那样覆盖仅一个八分圆(例如,第1八分圆)的参考矢量数据,则候选定位可能是模糊的。
图25图示了在6D矢量空间2500中LUT 2300的6D参考矢量与6D检测矢量之间的Nc个最小欧几里德距离在数学方面,基于Nc个最小欧几里德距离确定Nc个定位的这种定向无关的过程可以表达为
其中|·|表示欧几里德空间中的矢量的范数。术语“all”应当被理解为i、j、k在由针对特定实现而指定的数字范围内的所有迭代(组合)。在一些实现中,这些范围对应于6D定位和定向空间的3D定位子空间的一个八分圆中的网格点。在一些实现中,候选定位的数目Nc可以是预定值。在一些实现中,候选定位的Nc可以对应于距6D检测矢量的欧几里德距离ε小于阈值的所有定位r′。
在后续的(第二操作)过程中,基座定位子系统362可以在该组Nc个候选定位中确定检测矢量的旋转变换与关联于候选定位的参考矢量V′0之间的欧几里德距离ε最小的定位r′和旋转角度θ′m、ψ′n。图26中图示了联合定位和定向发现的该第二操作过程的示例。图26示出了在9D矢量空间2600中检测矢量的旋转变换与多个参考矢量V′0之间的欧几里德距离多个参考矢量V′0指代与候选定位相关联的零旋转9D参考矢量,并且可以存储在图23的LUT 2300中。基座定位子系统362可以通过系统地逐步通过Nc个候选定位中的每个定位并且通过选择提供最短(最小)欧几里德距离ε的候选定位r′和旋转角度θ′m、ψ′n来完成该后续操作过程。提供最小欧几里德距离ε的定位和旋转角度可以被称为传感器366相对于发生器368的最终定位估计和旋转角度估计
如果候选定位在不同八分圆中的对称点处具有模糊,则第二操作可以包括特定实现所要求的所有逆八分变换上的迭代,如先前所讨论的。如果检测矢量也经受极性模糊,则迭代可以包括极性假设p=+1和p=-1。在Nc个候选定位间的联合定位和定向发现过程(包括在八分圆q以及极性假设p上的迭代)可以类似于等式()表达为
其中|·|表示欧几里德空间中的矢量的范数。术语“all”应当被理解为p和q在由特定实现指定的数字范围内的所有迭代(组合)。
在一些实现中,上述定位过程可以依赖于磁场传感器366是各向同性的或至少基本上各向同性的。在一些实现中,仅可以将磁场发生器368视为各向同性的。在这样的实现中,可以通过依赖于假想的反向传输系统的概念来执行上述的定位和定向发现过程。在该假想系统中,所确定的定位和定向可以指代发生器368在可以等效于基座408坐标系的传感器366坐标系中的定位和定向。
图27图示了假想的反向传输系统2700,其中图10的3轴磁场发生器368被认为是传感器并且图10的3轴磁场传感器366被认为是发生器。因此,在图27中,包括感测线圈912、914、916的3轴传感器366可以被认为是发生器,并且包括传感器线圈902、904、906的3轴发生器368可以被认为是传感器。可以假定感测线圈912、914、916由电流Ix、Iy、Iz驱动。
线性电网络的互易定律表明,发生器线圈902、904、906与感测线圈912、914、916之间的耦合以及因此图10所示的系统1000中的所有线圈组合之间的互感等于如图27所示的假想的反向传输系统2700中的互感。在数学方面,系统1000的互感矩阵[M′]等于假想系统2700的互感矩阵[M]的转置,其可以表达为
其中例如,结合图9,矩阵元素Mxy′表示x感测线圈912与y'发生器线圈904之间的互感,并且矩阵元素Mx′y表示x'发生器线圈902与y感测线圈914之间的互感。
因为,磁场定位和定向发现可以如前所述的依赖于磁场耦合关系(例如,互感),所以传输方向可以是无关紧要的。因此,可以使用假想的反向传输系统2700的概念来执行上述定位和定向发现过程。在该假想系统中,定位和旋转角度分别指代在具有x轴、y轴和z轴的传感器(基座408)坐标系中的发生器368(车辆)的定位和定向。
类似于定义(3)至(12),可以定义假想反向传输系统2700的矢量和矩阵,对于电流矢量:
对于3×3电流矩阵:
对于3D电压矢量:
对于3×3电压矩阵:
对于9D电压矢量:
并且对于假想电流激励的3×3角频率矩阵:
在假想的反向传输系统2700中,对于感测线圈912、914、916的正弦电流激励,三个感测线圈电流Ix、Iy、Iz与电压矢量V的所得到的九个电压分量之间的关系可以使用定义()、(和(以矩阵形式表达为
[V]=[ω][M][I]。 (56)
用与实际前向传输系统1000中的发生器线圈902、904、906相同的电流和频率来激励假想的反向传输系统2700的感测线圈912、914、916,使得以下成立
[I]=[I′] (59)
以及
[ω]=[ω′] (57)
将产生相同的感应的电压分量,并且电压矩阵如下相关:
[V]=[ω][M][I]=[ω′][M′]T[I′]=[V′]T。 (58)
因此,感应的电压分量如下相关:
Vxx′=Vx′x,
Vxy′=Vy′x,
Vxz′=Vz′x,
等等。 (59)
类似于定义(13),基座定位子系统364可以确定也形成9D电压矢量V3D矢量Vx、Vy、Vz的每个唯一组合的标量积的绝对值,以生成针对假想的反向传输系统2700的6D矢量A,如下:
与由(13)定义的6D矢量A′相反,仅在可以认为磁场发生器368是各向同性的实现中,矢量A才可以变得对于发生器368相对于传感器366的旋转而不变。
类似于等式(31),用于在图27的假想的反向传输系统2700中联合确定定位和定向的过程可以定义为:
其中V0(ri,j,k)表示与定位ri,j,k相关联的9D零旋转参考矢量,并且表示假想的反向传输系统2700的9D检测矢量(由()定义)的旋转变换。旋转变换可以类似于等式(32)通过下式来定义
其中矩阵和表示类似于定义(19)-(21)而定义的旋转矩阵。在一些实现中,参考矢量V0(ri,j,k)可以从类似于图23的LUT 2300的LUT获取。
通过等式()的过程输出的定位和旋转角度估计是指发生器366在传感器366坐标系中的定位和定向。
在一些实现中,可以使用由以下等式()-()给出的标准坐标变换将在传感器366坐标系中确定的定位估计和旋转角度估计 变换回发生器366坐标系:
矩阵和表示旋转矩阵,并且类似于定义(19)-(21)来定义。
因此,通过使用与由(22)定义的过程类似的定向无关的过程,使用由()定义的旋转不变矢量A,基座定位子系统362可以在图27的假想的反向传输系统2700中确定发生器368相对于传感器366的定位,如下:
其中A(ri,j,k)可以表示存储在与图23的LUT 2300类似的LUT中的6D参考矢量,并且可以表示假想的反向传输系统2700的6D检测矢量。
因此,一旦定位已知,例如,从第一操作定向无关的定位过程,则通过使用类似于等式()的过程的定向发现过程,基座定位子系统362可以在图27的假想的反向传输系统2700中确定发生器368相对于传感器336的旋转角度该过程在本文中不再进一步描述。
此外,在一些实现中,基座定位子系统362可以在如下所述的两操作过程中在图27的假想的反向传输系统2700中确定发生器368相对于传感器366的定位估计和旋转角度估计在第一操作过程中,类似于等式()的过程,基座定位子系统362可以在定向无关的过程中发现数目Nc个候选定位这在本文中不再进一步描述。图28图示了在6D矢量空间2800中与LUT 2300类似的LUT的6D参考矢量与6D检测矢量之间的欧几里德距离
在后续的(第二操作)过程中,基座定位子系统362可以在这组Nc个候选定位中确定9D检测矢量的旋转变换与关联于候选定位的9D参考矢量V0之间的欧几里德距离ε最小的定位和旋转角度θm、ψn。用于联合定位和定向发现的两操作过程的第二操作(本文中未进一步描述)类似于等式()的过程。图29图示了在9D矢量空间2900中检测矢量的旋转变换与多个参考矢量V0之间的欧几里德距离多个参考矢量V0指代与候选定位相关联的零旋转9D参考矢量,并且可以存储在与图23的LUT 2300类似的LUT中。在该第二操作过程中确定的定位和旋转角度可以被称为传感器坐标系中的发生器368的最终定位估计和角度估计
图30是图示根据一些实现的图3的基座定位子系统362的至少一部分的框图。基座定位子系统362包括相位同步电路3002、处理器3004和存储器3010。相位同步电路3002可以被配置为从感测线圈912、914、916(参见图9和10)中的每一个接收和检测电压信号vx(t)、vy(t)、vz(t)作为输入。相位同步电路3002还可以基于所接收的电压信号vx(t)、vy(t)、vz(t)建立相对相位同步。相位同步电路3002可以向处理器3004输出指示包括分量 的第一组电压数据的信号以用于后续处理。这九个分量可以表示由(9)定义的9D检测矢量的分量,并且指示感应到如图9和10所示的感测线圈912、914和916中的相应电压。
存储器3010可以被配置为存储供相位同步电路3002和处理器3004中的任一个或两者使用的信息。例如,图23的LUT 2300和/或与先前结合图3-29中的任意图而描述的任何确定、计算或过程相关联的任何其他数据可以存储在存储器3010中。尽管存储器3010被示出为与相位同步电路3002和处理器3004分开的实体,但是本申请不限于此。例如,存储器3010可以备选地集成到相位同步电路3002或处理器3004中的一个或两个中。
处理器3004可以被配置为接收指示 的信号, 并且输出指示定位估计和角度估计θ′、ψ′的信号,如先前结合图3-29所述。
例如,相位同步电路3002可以被配置为:基于由多个感测线圈912、914、916生成的相应电压信号vx(t)、vy(t)、vz(t)确定具有第一维数(例如,9D)的第一检测矢量(参见图9和10以及等式(9))。
处理器3004还可以被配置为使用第一组(电压)数据确定第二组数据,第二组数据可以包括具有小于第一维数的第二维数(例如,6D)的第二检测矢量的分量(参见图9和10以及等式(13))。第二检测矢量可以相对于多个接收线圈912、914、916的定向而旋转不变。
处理器3004还可以被配置为选择多个存储第一参考矢量(参见图23-25),多个存储第一参考矢量各自具有第二维数(例如,6D),并且各自对应于相对于磁场发生器368的相应校准定位多个存储第一参考矢量可以如下地来选择:基于所选择的多个存储第一参考矢量与所确定的第二检测矢量之间的欧几里德距离小于所有其他存储的第一参考矢量A′(r′)(参见等式())。
处理器3004还可以被配置为选择多个存储第二参考矢量(参见图23和26)。每个存储第二参考矢量具有第一维数(例如,9D),并且对于所选择的多个存储第一参考矢量之一,每个存储第二参考矢量对应于相对于磁场选择器368的相应的校准定位(见图23-25)。
处理器3004还可以被配置为将所确定的第一检测矢量旋转变换至少一个预定旋转角度,例如(参见图18和等式(32))。
处理器3004还可以被配置为以预定角度步长来递增至少预定旋转角度(例如),并且将所确定的第一检测矢量旋转变换经递增的旋转角度多次直到达到预定旋转角度范围的极限(参见等式(34))。
处理器3004还可以被配置为:针对经旋转变换的第一检测矢量中的每一个,确定经旋转变换的第一检测矢量与所选择的存储第二参考矢量中的每一个之间的欧几里德距离ε(参见图26和等式())。
处理器3004还可以被配置为基于所选择的存储第二参考矢量V′0(r′)来确定相对于磁场发生器368的定位,对所选择的存储第二参考矢量V′0(r′)而言,所选择的存储第二参考矢量V′0(r′)与经旋转变换的第一检测矢量中的任一个之间的所确定的欧几里德距离ε最小(参见图23-26)。
图31图示了使用LUT的示例联合定位和定向发现过程的流程图。矢量对应于基于一个或多个检测到的电压信号的检测到的矢量(例如,9D矢量)。例如,矢量可以对应于由图30所示的相位同步电路3002输出的输出信号。如图31所示,在框3106处,响应于接收到检测到的矢量定位计算机(例如,如图30所示的处理器3004)可以计算检测到的矢量与来自矢量图或LUT 3104(例如,如图23所示的LUT2300)的多个参考矢量V′之间的接近水平(例如,欧几里德距离∈)。在框3108处,定位计算机可以选择多个参考矢量V′中的“最接近”矢量。在一些实现中,“最接近”矢量可以通过在9D矢量空间中选择到检测到的矢量的欧几里德距离∈最短的参考矢量V′来确定。
图32图示了使用仅包含零旋转参考矢量V′0的LUT 3104的另一示例联合定位和定向发现过程的流程图。在一些实现中,这可能是由于存储LUT 3104的存储器3010具有一个或多个大小或存储约束。这里,首先在框3210处,可以对检测到的矢量进行矢量旋转,并且如果需要的话,可以进行极性翻转。可以针对检测到的矢量 的多个旋转版本迭代地执行针对最接近的零旋转参考矢量V′0的搜索(例如,以1°为步长)。在检测到的矢量的极性模糊的情况下,还可以针对两个极性假设p=[-1,+1]来执行迭代。在框3106处,可以计算经旋转和/或翻转的矢量与来自LUT 3104的多个零旋转参考矢量V′0之间的接近水平(例如,欧几里德距离∈)。在标识提供旋转变换与检测到的矢量的最接近匹配的零旋转参考矢量V′0和旋转角度θ′、ψ′之后,在框3108处,可以选择与零旋转参考矢量V′0相关联的定位r′和旋转角度θ′、ψ′,分别作为定位估计和定向估计
图33图示了示例两操作定位和定向发现过程的流程图。在一些实现中,两操作定位和定向发现过程可以用于受计算能力约束的处理器3004。两操作定位和定向发现过程包括第一定向无关的过程和第二联合定位和定向过程。在第一操作中,在框3302处,9D检测矢量3102被接收并且经历非线性变换以产生6D旋转不变矢量在框3304处,搜索6D矢量图或LUT 3304以确定多个候选定位(例如,50个候选定位)。在一些实现中,候选定位通过以下来确定:在框3306处,计算6D旋转不变矢量与来自6D矢量图或LUT 3304的参考矢量A′(r′)之间的欧几里德距离∈,以及在框3308处,选择多个候选定位与6D矢量图或LUT 3304的所有非候选定位相比,多个候选定位在6D旋转不变矢量与对应的参考矢量A′(r′)之间的欧几里德距离∈最小。在一些实现中,所选择的候选定位的数目可以是预定义的值,基于到距6D旋转不变矢量的距离小于阈值量的参考矢量A′(r′)的数目,或其组合。
在第二操作中,仅使用在第一操作中发现的候选定位(例如,从9D矢量图或LUT3104中检索到的参考矢量V′0,对应于候选定位),使用如前所述的联合定位过程(例如,在图32中)确定最终定位估计和定向估计通过将参考矢量V′0约束为与在第一操作中发现的候选定位相对应的那些参考矢量而不是在9D矢量图或LUT 3104内的所有定位,确定最终定位和定向估计所需要的计算量可以大大减少。
图34是描绘根据一些实现的用于确定车辆的定位和定向的方法的流程图3400。流程图3400对应于先前描述的图4-33,并且可以对应于磁场定位系统900。虽然本文中参考特定顺序来描述流程图3400,但是在各种实现中,本文中的框可以以不同的顺序执行,或者被省略,并且可以添加附加的框。
在框3402处,处理器(例如,处理器3004)基于由多个接收线圈生成的相应电压信号来确定第一组(电压)数据,其中多个接收线圈中的每个接收线圈被配置为响应于由场发生器生成的无线磁场而生成相应电压信号。在一些实现中,第一组(电压)数据对应于多维矢量(例如,9维矢量)。
在框3404处,将第一组(电压)数据减少到第二组数据,其中不管多个接收线圈与场发生器之间的相对旋转如何第二组数据都基本上恒定。在一些实现中,第二组数据可以对应于多维矢量,诸如6维矢量。在一些实现中,将第一组电压数据减少到第二组数据包括对第一组电压数据执行非线性变换。
在框3406处,可以确定多个存储定位(例如,候选定位)。这可以包括将第二组数据与各自与相对于场发生器的定位相对应的多个第一组存储数据进行比较,以确定多个第一组存储数据的子集。在一些实现中,多个存储定位可以对应于具有比多个第一组存储数据中的所有其他第一组存储数据小的到所确定的第二组数据的距离的第一组存储数据。在一些实现中,子集中的存储定位的数目可以是预定数目,或者可以包括与第二组数据的比较满足一个或多个标准(例如,欧几里德距离小于阈值量)的所有存储定位,或其某些组合。
在框3408处,基于第一组数据和多个存储定位(例如,如在框3406处确定的),确定相对于场发生器的定位和定向。与多个第一组存储数据的子集相对应的定位可以用于确定第二组存储(电压)数据的子集,其可以与第一组(电压)数据的至少一个旋转变换进行比较以确定定位和定向。
上述方法的各种操作可以由能够执行操作的任何合适的部件来执行,诸如各种硬件和/或软件组件、电路和/或(一个或多个)模块。通常,附图中所示的任何操作可以由能够执行操作的对应的功能部件执行。
信息和信号可以使用各种不同工艺和技术中的任何一种来表示。例如,可以在以上描述中被引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合来表示。
结合本文中公开的实现而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性,以上已经在其功能方面一般地描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。这种功能是被实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以不同的方式来实现,但是这种实现决策不应当被解释为导致脱离实现的范围。
结合本文中公开的实现而描述的各种说明性块、模块和电路可以用以下来实现或执行:被设计用于执行本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或其任何组合。处理器可以是微处理器,但是备选地,处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合,例如DSP和与DSP内核结合的微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器的组合、或任何其他这样的配置。
结合本文中公开的实现描述的方法或算法和功能的步骤可以直接以硬件、以由处理器执行的软件模块、或以两者的组合来实现。如果以软件实现,则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在有形的非暂态计算机可读介质上,或者作为存储在有形的非暂态计算机可读介质上的一个或多个指令或代码而传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD ROM、或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。存储介质耦合到处理器,使得处理器可以从存储介质读取信息并且向存储介质写入信息。在备选方案中,存储介质可以与处理器集成。如本文中所使用的盘和碟包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用碟(DVD)、软盘和蓝光盘,其中盘通常磁性地再现数据,而碟用激光来光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。
为了概括本公开,本文中已经描述了某些方面、优点和新颖特征。应当理解,根据任何具体实现,不一定可以实现所有这些优点。因此,一个或多个实现会实现或优化本文中教导的一个优点或一组优点,而不一定实现可以在本文中教导或建议的其他优点。
上文描述的实现的各种修改将是显而易见的,并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下,本文中限定的一般原则可以应用于其他实现。因此,本申请不旨在限于本文中所示的实现,而是符合与本文中公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。
Claims (30)
1.一种用于定位车辆的装置,所述装置包括:
多个接收线圈,所述多个接收线圈中的每个接收线圈被配置为从由场发生器生成的无线磁场来生成相应电压信号;以及
处理器,被配置为:
将指示由所述多个接收线圈生成的所述相应电压信号的第一组数据减少到第二组数据,不管所述多个接收线圈与所述场发生器之间的相对旋转如何,所述第二组数据都基本上恒定,
基于将所述第二组数据与多个第一组存储数据进行比较来确定多个候选定位,所述多个第一组存储数据被映射到所述车辆相对于所述场发生器的存储定位,
使用所确定的所述多个候选定位来标识多个第二组存储数据,其中所述多个第二组存储数据被映射到所述车辆相对于所述场发生器的存储定位和定向,以及
基于将所述第一组数据与所述多个第二组存储数据进行比较,来确定所述车辆相对于所述场发生器的定位和定向。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个接收线圈被布置在不同的相互正交的几何平面中。
3.根据权利要求1所述的装置,其中第一组数据是具有第一维数的第一多维矢量,并且所述第二组数据是具有第二维数、并且包括所述第一矢量的分量的乘积的第二多维矢量。
4.根据权利要求3所述的装置,其中所述第一多维矢量的所述第一维数大于所述第二多维矢量的所述第二维数。
5.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个第一组存储数据基于所述存储定位与所述第一组存储数据中的每个第一组存储数据之间的映射函数被生成。
6.根据权利要求5所述的装置,其中所述处理器还被配置为使用预先配置的系统校准处理来生成所述第一组存储数据和所述第二组存储数据。
7.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个候选定位包括所述多个第一组存储数据的子集,所述子集具有比所述多个第一组存储数据中不是所述子集的一部分的所有第一组存储数据小的、到所确定的所述第二组数据的距离。
8.根据权利要求7所述的装置,其中所述距离对应于欧几里德距离。
9.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个第二组存储数据被映射到与所述多个候选定位相对应的存储定位。
10.根据权利要求1所述的装置,其中确定所述定位和定向基于所述多个第二组存储数据中的、到所述第一组数据的旋转变换的所确定的距离最小的第二组存储数据。
11.根据权利要求1所述的装置,其中所述处理器还被配置为:
以预定旋转角度对所述第一组数据进行旋转变换,
递增所述预定旋转角度,并且以经递增的旋转角度对所述第一组数据进行旋转变换多次,直到达到预定旋转角度极限,以及
对于经旋转变换的第一组数据中的每个经旋转变换的第一组数据,确定经旋转变换的第一组数据与所述多个第二组存储数据之间的距离。
12.根据权利要求1所述的装置,其中所述处理器还被配置为:基于所确定的所述车辆的所述定位和定向,来生成用于使所述车辆与所述场发生器对准的视觉或声学引导信息。
13.一种用于确定车辆相对于参考点的位置的方法,所述方法包括:
接收具有第一多个值的第一多维矢量作为输入,所述第一多个值指示多个定位线圈的相应电特性,所述电特性响应于由场发生器生成的磁场而被生成;
通过对所述第一多维矢量执行非线性变换,来生成具有第二多个值的第二多维矢量,所述第二多个值的总数目小于所述第一多个值的总数目;
基于将所述第二多维矢量与多个存储多维矢量进行比较来确定多个候选定位,所述多个存储多维矢量与所述车辆相对于所述参考点的存储定位相映射;
标识与所确定的所述多个候选定位相对应的第二组存储多维矢量,所述第二组存储多维矢量中的每个存储多维矢量被映射到所述车辆相对于所述参考点的存储定位和定向;以及
基于将所述第一多维矢量与所述第二组存储多维矢量进行比较,来确定定位和定向。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述多个定位线圈被布置在相互正交的平面中。
15.根据权利要求13所述的方法,其中所述第一多维矢量是9维电压矢量,并且所述第二多维矢量是包括所述9维电压矢量的分量的乘积的6维电压矢量。
16.根据权利要求13所述的方法,其中所述多个存储多维矢量包括多个存储的6维电压矢量,所述多个存储的6维电压矢量各自与相对于所述参考点的多个定位中的一个定位相对应。
17.根据权利要求13所述的方法,其中所述多个候选定位对应于所述多个存储多维矢量中的所选择子集的存储多维矢量,所述所选择子集的存储多维矢量具有比所述多个存储多维矢量中的所有未选择的存储多维矢量小的、到所确定的所述第二多维矢量的距离。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述距离对应于欧几里德距离。
19.根据权利要求13所述的方法,还包括:
以预定旋转角度对所述第一多维矢量进行旋转变换,
递增所述预定旋转角度,并且以经递增的旋转角度对所述第一多维矢量进行旋转变换多次,直到达到预定旋转角度极限,以及
对于经旋转变换的第一多维矢量中的每个经旋转变换的第一多维矢量,确定所述经旋转变换的第一多维矢量与所述第二组存储多维矢量中的每个存储多维矢量之间的距离。
20.根据权利要求19所述的方法,其中确定所述定位和定向还包括:基于所述第二组存储多维矢量中、到所述经旋转变换的第一多维矢量中的任何经旋转变换的第一多维矢量的所确定的所述距离最小的存储多维矢量,确定相对于所述参考点的所述定位。
21.根据权利要求13所述的方法,还包括:基于所述车辆的所确定的所述定位和定向,来生成用于使所述车辆与所述场发生器对准的视觉或声学引导信息。
22.根据权利要求13所述的方法,其中不管所述多个定位线圈与所述场发生器之间的相对旋转如何,所述第二多维矢量都基本上恒定。
23.一种用于确定车辆相对于参考点的位置的装置,包括:
用于接收具有第一多个值的第一多维矢量作为输入的部件,所述第一多个值指示多个定位线圈的相应电特性,所述电特性响应于由场发生器生成的磁场而被生成;
用于通过对所述第一多维矢量执行非线性变换来生成具有第二多个值的第二多维矢量的部件,所述第二多个值的总数目小于所述第一多个值的总数目;
用于基于将所述第二多维矢量与多个存储多维矢量进行比较来确定多个候选定位的部件,所述多个存储多维矢量与所述车辆相对于所述参考点的存储定位相映射;
用于标识与所确定的所述多个候选定位相对应的第二组存储多维矢量的部件,所述第二组存储多维矢量中的每个存储多维矢量被映射到所述车辆相对于所述参考点的存储定位和定向;以及
用于基于将所述第一多维矢量与所述第二组存储多维矢量进行比较来确定定位和定向的部件。
24.根据权利要求23所述的装置,其中所述第一多维矢量是9维电压矢量,并且所述第二多维矢量是包括所述9维电压矢量的分量的乘积的6维电压矢量。
25.根据权利要求23所述的装置,其中所述多个存储多维矢量包括多个存储的6维电压矢量,所述多个存储的6维电压矢量各自与相对于所述参考点的多个定位中的一个定位相对应。
26.根据权利要求23所述的方法,其中所述多个候选定位对应于所述多个存储多维矢量中的所选择子集的存储多维矢量,所述所选择子集的存储多维矢量具有比所述多个存储多维矢量中的所有未选择的存储多维矢量小的、到所确定的所述第二多维矢量的距离。
27.根据权利要求26所述的方法,其中所述距离对应于欧几里德距离。
28.一种用于定位车辆的方法,所述方法包括:
基于由场发生器生成的无线磁场,在多个接收线圈处生成相应电压信号,
将指示在所述多个接收线圈处生成的所述相应电压信号的第一组数据减少到第二组数据,不管所述多个接收线圈与所述场发生器之间的相对旋转如何,所述第二组数据都基本上恒定,
基于将所述第二组数据与多个第一组存储数据进行比较来确定多个候选定位,所述多个第一组存储数据被映射到所述车辆相对于所述场发生器的存储定位,
使用所确定的所述多个候选定位来标识多个第二组存储数据,其中所述多个第二组存储数据被映射到所述车辆相对于所述场发生器的存储定位和定向,以及
基于将所述第一组数据与所述多个第二组存储数据进行比较,来确定所述车辆相对于所述场发生器的定位和定向。
29.根据权利要求28所述的方法,其中第一组数据是具有第一维数的第一多维矢量,并且所述第二组数据是具有第二维数、并且包括所述第一矢量的分量的乘积的第二多维矢量。
30.根据权利要求28所述的方法,其中所述多个候选定位包括所述多个第一组存储数据的子集,所述子集具有比所述多个第一组存储数据中不是所述子集的一部分的所有第一组存储数据小的、到所确定的所述第二组数据的距离。
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