CN110118987A - 一种定位导航方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种定位导航方法、装置及存储介质，其方法包括：对处于监测范围内的目标载体进行初步定位，计算目标载体在地理坐标系下的运动信息，将其转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换的运动信息得到目标载体的当前位置坐标和目标载体的速度，根据当前位置坐标和速度得到运动轨迹，获取预设在监测范围内信标的信标位置信息，根据信标位置信息和目标载体的当前位置坐标得到目标载体与信标之间的相对位置数据，根据相对位置数据调整目标载体的运动轨迹。本发明计算目标载体的运动信息，得到地理坐标系中目标载体的当前位置坐标、速度和运动轨迹，通过目标载体与信标的相对位置来调整目标载体的运动轨迹，使目标载体的定位导航更为精确。
Description
技术领域
本发明主要涉及定位导航技术领域，具体涉及一种定位导航方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，对室内定位导航的需求越来越多，对其要求也越来越高，目前应用最广的是利用全球定位系统(global positioning system，GPS)进行导航，但由于室内环境较复杂，GPS卫星信号受到遮挡和干扰，容易导致定位和导航不准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种定位导航方法、装置及存储介质。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种定位导航方法，包括如下步骤：
根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位。
计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息，将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换得到的运动信息得到所述目标载体的当前位置坐标和所述目标载体的速度，根据所述当前位置坐标和所述速度得到运动轨迹。
获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息，所述信标为用于对所述目标载体进行定位的标识物，根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种定位导航装置，包括：
GPS定位模块，用于根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位。
计算模块，用于计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息，将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换得到的运动信息得到所述目标载体的当前位置坐标和所述目标载体的速度，根据所述当前位置坐标和所述速度得到运动轨迹。
调整模块，用于获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息，所述信标为用于对所述目标载体进行定位的标识物，根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种定位导航装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如所述的定位导航方法。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如所述的定位导航方法。
本发明的有益效果是：通过GPS卫星信号快速对目标载体进行定位，得到目标载体初步的定位信息，计算目标载体的运动信息，得到地理坐标系中目标载体的当前位置坐标和速度，从而得到运动轨迹，通过视觉导航的方式，即监测范围内信标的信标位置信息得到目标载体与信标的相对位置，根据相对位置来调整目标载体的运动轨迹，使目标载体的定位导航更为精确，解决了GPS卫星信号定位导航不佳的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的定位导航方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的定位导航装置的模块框图；
图3为本发明一实施例提供的GPS卫星定位的示意图；
图4为本发明一实施例提供的目标载体与信标的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明一实施例提供的定位导航方法的流程示意图。
如图1所示，一种定位导航方法，包括如下步骤：
根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位。
计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息，将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换得到的运动信息得到所述目标载体的当前位置坐标和所述目标载体的速度，根据所述当前位置坐标和所述速度得到运动轨迹，即根据所述当前位置坐标和所述速度来规划目标载体的运动轨迹。
获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息，所述信标为用于对所述目标载体进行定位的标识物，根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹。
具体地，所述目标载体为可行走的机器人装置。
图3为本发明一实施例提供的GPS卫星定位的示意图。
具体地，所述根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位，能够快速的找到目标载体的所在位置。
如图3所示，GPS卫星定位基本原理：测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距)。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。通过接收机时钟得到时间差，从而知道四个信号从卫星到接收机的不准确距离(含同一个误差值，由接收机时钟误差造成)，用这四个不准确距离和四个卫星的准确位置构建四个方程，解方程组就得到接收机位置。利用下列公式计算得到目标载体处于监测范围内的世界坐标信息，公式如下：
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+c(Vt1-Vt0)＝d1
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+c(Vt2-Vt0)＝d2
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+c(Vt3-Vt0)＝d3
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+c(Vt4-Vt0)＝d4
其中，(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(x4，y4，z4)为目标载体对应于第一卫星、第二卫星、第三卫星和第四卫星的坐标点。
上述实施例中，通过GPS卫星信号快速对目标载体进行定位，得到目标载体初步的定位信息，计算目标载体的运动信息，得到地理坐标系中目标载体的当前位置坐标和速度，从而得到运动轨迹，通过视觉导航的方式，即监测范围内信标的信标位置信息得到目标载体与信标的相对位置，根据相对位置来调整目标载体的运动轨迹，使目标载体的定位导航更为精确，解决了GPS卫星信号定位导航不佳的问题。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息的步骤包括：
通过预设在所述目标载体上的陀螺仪获取角速度数据，根据所述角速度数据建立姿态矩阵，计算所述姿态矩阵得到姿态信息，所述姿态矩阵为：
其中，
T11＝cosγcosψ+sinγsinθsinψ，
T12＝-cosγsinψ+sinγsinθcosψ，
T13＝-sinγcosθ，
T21＝cosθsinψ，
T22＝cosθcosψ，
T23＝sinθ，
T31＝sinγcosψ-cosγsinθsinψ，
T32＝-sinγsinψ-cosγsinθcosψ，
T33＝cosγcosθ，
θ为俯仰角，θ＝arcsin(T32)，γ为横滚角，ψ为航向角，
通过预设在所述目标载体上的加速度计获取加速度数据，根据所述加速度数据建立位置矩阵，计算所述位置矩阵得到位置信息，所述位置矩阵为：
其中，
C11＝-sinλ，
C12＝cosλ，
C13＝0，
C21＝sinL cosλ，
C22＝-sinL sinλ，
C23＝cosL，
C31＝cosL cosλ，
C32＝cosL sinλ，
C33＝sinL，
λ为经度，L为纬度，(λ，L)为地理坐标系下目标载体位置点。
应理解地，世界坐标系即地球坐标系，最常用的全球坐标系统，可称为真实世界的坐标系，是用于确定地物在地球上位置的坐标系，而上述实施例中涉及的地理坐标系选取当地东北天坐标系，也为导航坐标系，两者可进行换算。
所述将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息的步骤包括：
根据地球坐标系与地理坐标系的换算关系对所述位置信息进行换算，所述换算关系为L＝sin-1(C33)，
应理解地，加速度计输出的是目标载体的加速度，陀螺仪输出的是目标载体的角速度，姿态矩阵根据角速度得到，目标载体的加速度转变成导航角速度需乘以姿态矩阵，得到导航加速度之后经过多次变换可以得到位置矩阵，最终求得位置和速度。
上述实施例中，通过加速度计和陀螺仪计算目标载体的运动信息，运动信息包括姿态信息和位置信息，通过姿态信息和位置信息来确定目标载体的当前位置坐标和运动轨迹。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息的步骤包括：
获取预设在所述目标载体上摄像设备所拍摄的所述监测范围的图像，从所述图像查找信标的特征信息，根据所述特征信息与多个预存特征信息逐一匹配，得到信标位置信息，其中，所述预存特征信息为与所述特征信息对应的信标位置信息。
具体地，所述信标可分别设置为多个不同形状的图像，即特征信息，设置与多个特征信息一一对应的预存特征信息，当某个特征信息与其中一个预存特征信息匹配时，匹配到的预存特征信息对应了该特征信息的信标位置信息。
所述特征信息也可设置为二维码形式，通过摄像设备来捕捉信标，扫描二维码即可得到信标位置信息。
具体地，所述摄像设备采用双目立体视觉系统，通过双目立体视觉系统快速地捕捉信标，得到信标的特征信息。
图4为本发明一实施例提供的目标载体与信标的示意图。
优选地，如图4所示，信标设置在较高的位置，例如天花板上，能够极大的避免干扰。
上述实施例中，在监测范围内设置多个信标，通过信标来不断的调整目标载体的运动轨迹。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置信息的步骤包括：
所述信标位置信息包括信标坐标，根据所述信标坐标计算信标与地面点D的距离H，所述地面点D为信标投影于地面的点，根据所述目标载体的当前位置坐标计算摄影设备至所述地面点D的距离L，根据勾股定理、所述距离H和所述距离L得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
图4为本发明一实施例提供的目标载体与信标的示意图。
具体地，如图4所示，信标预先设置在天花板的P点处，P点垂直至地面点D的距离为H，摄像设备至地面点D的距离为L，根据勾股定理计算得到摄像设备至信标的距离，即得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据，即信标至目标载体的距离。
上述实施例中，能够通过与信标的相对位置不断的调整目标载体的运动轨迹，能够解决GPS卫星信号定位导航不佳的问题。
具体地，调整方式可为：
所述根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹的步骤包括：
将信标至目标载体的距离与预设距离进行比较，若信标至目标载体的距离不等于预设距离，则计算信标至目标载体的距离与所述预设距离的差值，根据所述差值调整所述目标载体的运动轨迹。
调整方式还可为：将预设距离更换为预设距离范围，判断所述差值是否在预设距离范围内，如果不在预设距离范围内则进行调整所述目标载体的运动轨迹。
图2为本发明一实施例提供的定位导航装置的模块框图。
可选地，作为本发明的另一个实施例，如图2所示，一种定位导航装置，包括：
GPS定位模块，用于根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位。
计算模块，用于计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息，将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换得到的运动信息得到所述目标载体的当前位置坐标和所述目标载体的速度，根据所述当前位置坐标和所述速度得到运动轨迹。
调整模块，用于获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息，所述信标为用于对所述目标载体进行定位的标识物，根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述调整模块具体用于：
获取预设在所述目标载体上摄像设备所拍摄的所述监测范围的图像，从所述图像查找信标的特征信息，根据所述特征信息与多个预存特征信息逐一匹配，得到信标位置信息，其中，所述预存特征信息为与所述特征信息对应的信标位置信息。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述调整模块具体用于：
所述信标位置信息包括信标坐标，根据所述信标坐标计算信标与地面点D的距离H，所述地面点D为信标投影于地面的点，根据所述目标载体的当前位置坐标计算摄影设备至所述地面点D的距离L，根据勾股定理、所述距离H和所述距离L得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
可选地，作为本发明的一个实施例，一种定位导航装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如所述的定位导航方法。该装置可为处理器等装置。
可选地，作为本发明的一个实施例，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如所述的定位导航方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种定位导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位；
计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息，将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换得到的运动信息得到所述目标载体的当前位置坐标和所述目标载体的速度，根据所述当前位置坐标和所述速度得到运动轨迹；
获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息，所述信标为用于对所述目标载体进行定位的标识物，根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据；
根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的定位导航方法，其特征在于，所述计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息的步骤包括：
通过预设在所述目标载体上的陀螺仪获取角速度数据，根据所述角速度数据建立姿态矩阵，根据四元数与所述姿态矩阵的对应关系计算所述姿态矩阵得到姿态信息，所述姿态矩阵为：
其中，
T11＝cosγcosψ+sinγsinθsinψ，
T12＝-cosγsinψ+sinγsinθcosψ，
T13＝-sinγcosθ，
T21＝cosθsinψ，
T22＝cosθcosψ，
T23＝sinθ，
T31＝sinγcosψ-cosγsinθsinψ，
T32＝-sinγsinψ-cosγsinθcosψ，
T33＝cosγcosθ，
θ为俯仰角，θ＝arcsin(T32)，γ为横滚角，ψ为航向角，
通过预设在所述目标载体上的加速度计获取加速度数据，根据所述加速度数据建立位置矩阵，计算所述位置矩阵得到位置信息，所述位置矩阵为：
其中，
C11＝-sinλ，
C12＝cosλ，
C13＝0，
C21＝sinL cosλ，
C22＝-sinL sinλ，
C23＝cosL，
C31＝cosL cosλ，
C32＝cosL sinλ，
C33＝sinL，
λ为经度，L为纬度，(λ，L)为地理坐标系下目标载体位置点；
所述将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息的步骤包括：
根据地球坐标系与地理坐标系的换算关系对所述运动信息的位置信息进行换算，所述换算关系为L＝sin-1(C33)，
3.根据权利要求1所述的定位导航方法，其特征在于，所述获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息的步骤包括：
获取预设在所述目标载体上摄像设备所拍摄的所述监测范围的图像，从所述图像查找信标的特征信息，根据所述特征信息与多个预存特征信息逐一匹配，得到信标位置信息，其中，所述预存特征信息为与所述特征信息对应的信标位置信息。
4.根据权利要求3所述的定位导航方法，其特征在于，所述根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置信息的步骤包括：
所述信标位置信息包括地理坐标系下的信标坐标，根据所述信标坐标计算信标与地面点D的距离H，所述地面点D为信标投影于地面的点，根据所述目标载体的当前位置坐标计算摄影设备至所述地面点D的距离L，根据勾股定理、所述距离H和所述距离L得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
5.根据权利要求1所述的定位导航方法，其特征在于，所述根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹的步骤包括：
将所述相对位置数据与预设距离数据进行比较，若所述相对位置数据不等于所述预设距离数据，则计算所述相对位置数据与所述预设距离数据的差值，根据所述差值调整所述目标载体的运动轨迹。
6.一种定位导航装置，其特征在于，包括：
GPS定位模块，用于根据GPS卫星信号对处于监测范围内的目标载体进行初步定位；
计算模块，用于计算所述目标载体在地理坐标系下的运动信息，将所述运动信息转换为世界坐标系下的运动信息，根据经转换得到的运动信息得到所述目标载体的当前位置坐标和所述目标载体的速度，根据所述当前位置坐标和所述速度得到运动轨迹；
调整模块，用于获取预设在所述监测范围内信标的信标位置信息，所述信标为用于对所述目标载体进行定位的标识物，根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据；
根据所述相对位置数据调整所述目标载体的运动轨迹。
7.根据权利要求6所述的定位导航装置，其特征在于，所述调整模块具体用于：
获取预设在所述目标载体上摄像设备所拍摄的所述监测范围的图像，从所述图像查找信标的特征信息，根据所述特征信息与多个预存特征信息逐一匹配，得到信标位置信息，其中，所述预存特征信息为与所述特征信息对应的信标位置信息。
8.根据权利要求7所述的定位导航装置，其特征在于，所述调整模块具体用于：
所述根据所述信标位置信息和所述目标载体的当前位置坐标得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置信息的步骤包括：
所述信标位置信息包括地理坐标系下的信标坐标，根据所述信标坐标计算信标与地面点D的距离H，所述地面点D为信标投影于地面的点，根据所述目标载体的当前位置坐标计算摄影设备至所述地面点D的距离L，根据勾股定理、所述距离H和所述距离L得到所述目标载体与所述信标之间的相对位置数据。
9.一种定位导航装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至5任一项所述的定位导航方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5任一项所述的定位导航方法。
Priority Applications (1)
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