CN110869807B - 用于确定车辆定位的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例涉及用于确定车辆定位的系统和方法。在一个实施方式中，用于确定车辆定位的计算机实现的方法可以包括接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，该连接设备与车辆相对静止。该方法还可以包括确定该第一组卫星信号不足以用于确定车辆定位。该方法还可以包括基于该连接设备相对于该车辆的第一相对定位和该连接设备相对于参照物的第二相对定位，来确定车辆定位。

Description

用于确定车辆定位的系统和方法
技术领域
本申请涉及定位技术，更具体地，涉及用于确定车辆定位的系统和方法。
背景技术
如今，大多数司机都在移动设备(如智能手机或平板电脑)上使用导航应用程序来查找路线。移动设备通常安装在车辆内部的支架或固定到车辆的其他安装结构中。导航应用程序通常在司机开车时向司机提供导航地图。大多数导航应用使用由移动设备接收的全球定位系统(GPS)信号来确定和更新移动设备的位置从而确定车辆的位置，并在导航地图中直观地表示该位置。使用GPS信号，导航应用程序通常显示导航路线或车辆移动的大体方向。例如，可以使用GPS信号跟踪车辆在一段时间内的位置。因此，可以根据车辆的位置变化来确定车辆在一段时间内的移动路线和移动方向，并且在导航地图中可视地表示。
通常希望在导航过程中确定车辆指向的方向，即车辆的方向。例如，通常在安排行程时考虑车辆定位。当车辆驶向错误的方向或转弯时，导航应用程序可以指示司机根据车辆定位进行掉头或变更路线。车辆定位也可以显示给司机，以协助司机操纵车辆，和/或进一步提高驾驶的安全性。然而，由于基于GPS信号(或其他全球导航系统的卫星信号)的定位精度目前超过3米，在许多情况下单独的GPS信号可能不足以用于确定车辆定位。例如，当车辆通常以降低的速度转弯时，车辆在转弯期间的位置变化可能太小而不能被GPS准确地捕获。而且，在一些导航应用中，由于缺乏足够或可靠的GPS信号，导航地图中的车辆的位置可能会有暂时一段时间跳离真实位置。在这些情况下，使用移动设备接收的GPS信号不能准确地确定车辆定位。
所披露的方法和系统旨在解决至少一些上述问题。
发明内容
本申请的实施例包括用于确定车辆定位的方法、系统和设备。当车辆以降低的速度移动时和/或当卫星信号不足以用于定位车辆或以期望的精度确定车辆定位时，示例性实施例允许确定车辆定位。
本申请的一个方面提供了一种用于确定车辆定位的计算机实现的方法。该方法可以包括接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，该连接设备与车辆相对静止。该方法还可以包括确定第一组卫星信号不足以用于确定车辆定位。该方法还可以包括基于连接设备相对于车辆的第一相对定位和连接设备相对于参照物的第二相对定位来确定车辆定位。
本申请的另一方面提供了一种用于确定车辆定位的系统。该系统可以包括至少一个存储设备，其配置用于存储车辆的至少一个或以上的一组卫星信号、方向和/或运动测量值。该系统还可以包括处理器。处理器可以被配置为接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，该连接设备与车辆相对静止。该过程也可以被配置为确定第一组卫星信号不足以用于确定车辆定位。该过程可以进一步被配置用于基于连接设备相对于车辆的第一相对定位和连接设备相对于参照物的第二相对定位来确定车辆定位。
本申请的又一方面提供了一种非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包含指令，当所述指令在至少一个处理器可执行时，使得所述至少一个处理器执行用于确定车辆定位的方法。该方法可以包括接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，该连接设备与车辆相对静止。该方法还可以包括确定第一组卫星信号不足以用于确定车辆定位。该方法还可以包括基于连接设备相对于车辆的第一相对定位和连接设备相对于参照物的第二相对定位，确定车辆定位。
所披露的实施例的附加特征和优点将在下面的描述中提出，并且部分将从描述中显而易见，或者可以通过实践所披露的实施例来学习。通过所附权利要求中特别指出的元件和组合，将实现和获得所披露实施例的特征和优点。
应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述都只是示例和说明，而不是对要求保护的披露实施例的限制。
附图构成本说明书的一部分。附图示出了本申请的若干实施例，并且与说明书一起用于解释所附权利要求中提出的所披露的实施例的原理。
附图说明
图1是根据本申请的一些实施所示的用于确定车辆定位的示例性方案的示意图。
图2A是根据本申请的一些实施例所示的连接设备的示例性坐标系的示意图。
图2B是根据本申请的一些实施例所示的车辆的示例性坐标系的示意图。
图3A是根据本申请的一些实施例所示的地球的示例性坐标系的示意图。
图3B是根据本申请的一些实施例所示的地球的另一示例性坐标系的示意图。
图4是根据本申请的一些实施例所示的用于确定车辆定位的示例性系统的框图。
图5是根据本申请的一些实施例所示的用于确定车辆定位的示例性方法的流程图。
图6是根据本申请的一些实施例所示的用于确定连接设备相对于车辆的相对定位的示例性方法的流程图。
图7是根据本申请的一些实施例所示的用于确定连接设备相对于参照物的相对定位的示例性方法的流程图。
图8是根据本申请的一些实施例所示的用于在先前的时间点确定车辆定位的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本申请的实施例和方面，其示例在附图中示出。在可能的情况下，在所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
所披露的实施例涉及用于确定车辆定位的方法、系统和计算机可读介质。本申请的实施例可以在具有卫星信号接收器并且被配置为安装在车辆内部的连接设备中实现。当连接设备接收的卫星信号不足以用于确定车辆的定位时，本申请的实施例允许确定车辆定位。
如本文所述，车辆定位或车辆的方向可以指车辆的航向或车辆的前端或前方指向的方向。连接设备可以指连接到网络的任何设备，例如具有一个或以上卫星信号接收器的智能电话、平板电脑、便携式膝上型电脑、导航设备等。连接设备还可以进一步配备有通信收发器，用于提供其他基于位置的服务，例如WiFi定位和蜂窝塔三角测量，其可以确定和记录连接设备的位置。可以基于由连接设备接收和/或由定位服务提供的卫星信号来确定连接设备的位置以及因此确定车辆的位置。导航地图可以本地存储在连接设备的存储设备中，或者由连接设备的导航应用程序实时下载。
如本文所述，卫星信号不足可能指卫星信号弱或卫星信号完全丢失，这些信号本身无法准确定位设备。或者，卫星信号不足可能是指连接设备的卫星信号接收器收到的卫星信号，其不允许以普通的卫星导航定位精度(例如，约3至5米的精度)确定车辆位置。因此，这种不足的卫星信号不能用于以期望的精度确定车辆定位。
例如，当车辆在隧道中移动时，卫星信号可能被阻挡。在某些情况下，如果车辆以降低的速度移动以使得在一段时间内用于更新车辆位置的车辆位置变化小于全球导航定位的精度，则由安装到车辆的连接设备接收的卫星信号是不够的。在一些其他情况下，使用由连接设备接收的卫星信号确定的车辆位置可能会有暂时一段时间移动或跳离真实位置。在这些和类似的情况下，卫星信号不足以用于确定车辆定位。
如本文所述，导航应用程序可以是安装在连接设备上的基于位置的服务应用程序，其可以实时显示导航地图、车辆位置和/或车辆定位。导航应用程序可以是任何其他服务应用程序，诸如使用基于位置的服务的共乘应用程序(例如，UberTM应用程序、LyftTM应用程序、DiDiTM应用程序)。导航地图可以在使用之前本地存储在连接设备的存储设备中，或者在连接设备的使用期间访问网络以下载和/或更新。
如本文所述，导航应用程序可以使用任何基于空间的无线电导航系统，例如全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)和北斗导航卫星系统(BDS)。卫星信号是指所选的基于空间的无线电导航系统使用的提供定位信息的信号。例如，连接设备可以接收GPS信号，以确定和更新连接设备的位置，从而更新车辆的位置。
图1是根据本申请的一些实施例的用于确定车辆定位的示例性方案的图形说明。如图1所示，连接设备100，例如平板电脑或智能手机，安装在车辆200内，以帮助司机进行导航。例如，连接设备100可以可拆卸地安装在支架或固定到车辆200的其他合适的安装结构(未示出)中，使得连接设备100的定位与车辆200相对静止。连接设备100可以安装在垂直位置或水平位置，利用屏幕显示器呈现给司机。因此，连接设备100的位置可以被视为车辆200的位置。连接设备100可以实时显示本地存储的或从因特网下载的导航地图，并且可以向司机呈现音频和/或视觉的路线和方向信息。在一些实施例中，连接设备100包括卫星信号接收器，用于从一个或以上卫星300接收卫星信号。连接设备100还可以包括一个或以上惯性传感器，用于测量车辆200的运动状态。下面参考图4进一步描述连接设备100的各种部件及其功能。
根据一些实施例，可以基于连接设备100与车辆200的第一相对定位和连接设备100与参照物的第二相对定位来确定车辆200的定位，比如地球北部的地理位置。如上所述，连接设备100相对于车辆200安装并相对固定。因此，当车辆200移动时，例如转弯、切换车道或从一侧移动到另一侧，连接设备100相对于车辆200的第一相对定位(下文称为“第一相对定位”)保持基本相同。然而，连接设备100相对于参照物的第二相对定位(以下称“第二相对定位”)，例如地球北部的地理位置，随着车辆200的移动而变化。当卫星信号不足时，一些实施例可以通过确定上面讨论的第一相对定位和第二相对定位来确定车辆200的定位。
在一些实施例中，第一相对定位可以从旋转矩阵中确定，该旋转矩阵描述从连接设备100的坐标系到三维空间中的车辆200的坐标系。而且，在一些实施例中，可以根据描述连接设备100的坐标系与三维空间中地球的参考坐标系之间旋转的旋转矩阵来确定第二相对定位。然后可以基于第一相对定位和第二相对定位来确定车辆定位(车辆200相对于参照物或参考参考坐标系的定位)。
图2A-3B以图形方式示出了本申请的一些实施例用于确定第一和第二相对定位以及车辆200的定位的示例性坐标系。
图2A以图形方式示出了连接设备100的示例性设备坐标系110。设备坐标系110是使用屏幕显示作为参考的三轴坐标系。x轴XP表示从屏幕显示的左到右的水平方向，y轴YP表示从屏幕显示的底部到顶部的垂直方向，z轴ZP表示垂直于屏幕显示器表面并且相对于屏幕显示器表面从内向外的方向。当连接设备100旋转时，设备坐标系110的轴随着屏幕显示方向的改变而旋转。设备坐标系110的轴通常遵循右手规则。设备坐标系110也是连接设备100的惯性传感器使用的坐标系。因此，参考设备坐标系110测量连接设备100的惯性传感器的测量值，例如连接设备100在三维的加速度。
图2B以图形方式示出了车辆200的示例性车辆坐标系210。车辆坐标系210也是三轴坐标系，并且通常遵循以车辆200的重心为原点的右手规则。当车辆200在道路表面上行驶时，x轴XC表示从车辆200的左侧到右侧的水平方向，y轴YC表示从车辆200的后部到前部的方向，z轴ZC表示垂直于道路表面的车辆200从底部到顶部的方向。如果道路是水平的，则z轴ZC与地球的重力加速度方向对齐。
图3A和3B以图形方式示出了通常由基于空间的无线电导航系统使用的地球参考坐标系的两个示例，例如GPS系统，用于确定可以在地球上接收卫星信号的设备的位置，例如连接设备100。当所接收的卫星信号足够时，可以基于卫星信号确定在一段时间内参考坐标系310中的车辆200的位置变化。
图3A以图形方式示出了地球的示例性参考坐标系310。图3A的参考坐标系310是三轴局部垂直坐标系，其中x轴XE表示朝东的方向，y轴YE表示向北的方向，并且z轴ZE表示垂直于车辆200的位置处的切向平面的方向。参考坐标系310的原点通常是车辆200的重心。参考坐标系310的z轴ZE与车辆坐标系210的z轴ZC对齐，而参考坐标系310的x轴XE和y轴YE分别与车辆坐标系210的x轴XC和y轴YC成一角度。这里，车辆定位可以指参考图3A的参考坐标系310的地理北或y轴YE的车辆200的定位。在车辆200朝向地理北移动并且连接设备100安装在垂直位置的情况下，图3A的参考坐标系310的轴线与图2B的车辆坐标系210的轴线对齐。
图3B以图形方式示出了地球的另一示例性参考坐标系320。图3B的参考坐标系320是三轴地心惯性坐标系，其中原点位于地球质量的中心，而x-y平面与地球的赤道平面重合。在参考坐标系320中，x轴XE永久地指向相对于天球的固定方向(例如，本初子午线)，而z轴ZE垂直于赤道平面并且延伸通过北极。图3B的参考坐标系320的x轴XE、y轴YE和z轴ZE通常与车辆坐标系210的x轴XC、y轴YC和z轴ZC成一角度。这里，车辆定位可以指的是车辆200相对于图3B的参考坐标系320的地理北或z轴ZE的定位。如本文所述，参考本申请中的参考坐标系310的任何描述同样适用于参考坐标系320。
在一些实施例中，车辆定位可以根据旋转矩阵确定，该旋转矩阵可以使车辆坐标系210旋转，以与三维空间中的参考坐标系310对准。如本文所述，旋转矩阵分别围绕坐标系的x、y或z轴，用三个角度α、β、γ描述欧几里德坐标系的三维旋转。例如，用于将第一坐标系A旋转到三维空间中的第二坐标系B的旋转矩阵/>可以定义为
其中角度α、β、γ分别是第一坐标系A的x、y和z轴的逆时针旋转角度。在这种情况下，第一坐标系A中的矢量VA在第二坐标系B中变为矢量VB，其中
换句话说，如果旋转矩阵是已知的，则矢量VA在坐标系A中的相对定位，可以根据坐标系B中的旋转矩阵/>和矢量VB确定。例如，当旋转车辆坐标系210(例如，图2B)与参考坐标系310(例如，图3A)对准的旋转矩阵/>是已知的时，车辆定位(或车辆200的速度矢量或加速度矢量的方向)可以根据旋转矩阵/>和地理北或者沿着参考坐标系310的y轴YE的单位矢量确定。
在其他实施例中，当连接设备100接收的卫星信号足够时，可以基于卫星信号确定参考坐标系310中的车辆定位。例如，当卫星信号足够时，可以基于卫星信号跟踪车辆200在一段时间内在参考坐标系310中的位置。然后，可以基于一段时间内车辆200的位置变化来确定参考坐标系310中的车辆定位。在这种情况下，参考坐标系310中的车辆定位(例如，由角度α、β、γ定义)可以用于获得旋转矩阵来旋转车辆坐标系210以与参考坐标系310对齐。
在一些实施例中，可以根据设备坐标系110和车辆坐标系210之间的旋转矩阵确定第一相对定位。下面参考图6描述的用于确定第一相对定位的实施例。
在一些实施例中，当卫星信号足够时，可以根据卫星信号确定参考坐标系310中的车辆定位，并且当确定第一相对定位时，可以基于第一相对定位和车辆定位来确定第二相对定位。
在其他实施例中，可以根据旋转矩阵确定第二相对定位。下面参考图7和8描述的关于确定的更多细节。
图4是根据本申请的一些实施例所示的用于确定车辆定位的示例性系统400的框图。系统400可以在连接设备100中实现，例如智能电话、平板电脑或便携式膝上型电脑。如图4所示，系统400包括处理器410、一个或以上惯性传感器，其包括加速计420、陀螺仪430和磁力计440中的至少一个，以及卫星信号接收器450。
加速计420和陀螺仪430可以被称为惯性测量单元(IMU)。加速计420和陀螺仪430都可以在设备坐标系110中生成三维测量值，例如以测量矢量的形式。处理器410接收由加速计420和陀螺仪430测得的三维测量值，并使用这些测量值来确定车辆200的方向。
例如，处理器410使用由加速计420测得的三维测量值来确定一个或以上加速度矢量，其表示连接设备100沿着设备坐标系110的三个轴的加速度的方向和大小。如本文所述，当车辆200减速时，加速度矢量是负的。处理器410还使用由加速计420和/或陀螺仪430测得的测量值来确定表示设备坐标系110中的重力加速度的方向和大小的一个或以上重力矢量。
在一些实施例中，如图4所示，系统400还可以包括磁力计440。处理器410可以使用磁力计440的测量值来确定第二相对定位。处理器410还可以使用所确定的第二相对定位来确定旋转矩阵
另外，处理器410可以从卫星信号接收器450接收卫星信号452，用于确定车辆200的定位。处理器410可以在一段时间T内接收卫星信号452，例如，范围从大约1秒到大约5秒。处理器410可以基于在一段时间内的卫星信号452确定车辆200的位置变化，然后确定卫星信号452是否足够。例如，如果确定的位置变化在约3秒内超过约5米，则卫星信号452被确定为足够的。如果卫星信号452足够，则处理器410可以进一步使用位置变化来确定在该时间段T结束时车辆200的定位。
如图4所示，系统400还包括存储设备460。存储设备460可以存储表示图2A-3B的示例性坐标系的数据、表示由加速计420、陀螺仪430和/或磁力计440测得的测量值的数据，以及由卫星信号接收器450接收的卫星信号452。如本文所述，存储设备460还可以存储其他合适类型的数据，用于确定车辆200的位置和方向，例如导航地图、用于在连接设备100上操作导航应用程序的数据和指令、用于在导航地图上显示车辆200的位置和方向的数据、和/或用于处理器410确定车辆200的方向的数据和指令。
如本文所述，存储设备460可以实现为任何类型的易失性或非易失性存储器设备或其任意组合，例如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)或只读存储器(ROM)。
在一些实施例中，如图4所示，系统400还包括无线通信收发器470，用于接收和/或提供导航地图和/或其他无线定位服务，例如WiFi定位和蜂窝塔三角测量。无线通信收发器470可以与各种无线网络通信，例如无线广域网(WWAN)、无线局部区域网络(WLAN)、无线个域网(WPAN)等。无线广域网(WWAN)可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)等。无线局部区域网络(WLAN)可以是IEEE 802.11x网络，无线个域网(WPAN)可以是蓝牙网络、IEEE 802.15x或一些其他类型的个人区域网络。由无线通信收发器470接收的数据可以存储在存储设备460中，并由处理器410用于确定车辆200的位置和方向。
如图4所示，系统400还包括用户界面480。用户界面480包括显示器482，用于向车辆200的司机显示导航地图、车辆200的位置、车辆200的路线和方向、车辆200的定位等。显示器482可以是允许手势处理导航控件的触摸屏，例如导航地图的缩放、平移和漫步。用户界面480还可以包括麦克风和/或扬声器484，以向司机提供车辆200的路线、方向和定位信息的音频信息。在一些实施例中，用户界面480可以具有键盘486和/或一个或以上控制按钮，其允许司机输入导航控制，调整导航设置等。
这里描述的系统400可以用在各种系统和方法中，用于确定车辆定位。图5是根据本申请的一些实施例的用于确定车辆定位的示例性方法500的流程图。用于确定车辆定位的方法500可以使用系统400或上述系统400的实施例的一个或以上特征。下面参考图5-8描述方法500的示例性实施例。
处理器410可以执行用于确定车辆定位的方法500。如图5所示，方法500包括步骤510-560。在步骤510，处理器410接收与连接设备100相关联的第一组卫星信号452，该连接设备与车辆200相对静止。例如，卫星接收器450可以接收第一组卫星信号452并将第一组卫星信号452发送到处理器410。第一组卫星信号452可以在一段时间T内被获得，并且可以被存储在存储设备460中。
在步骤520，处理器410确定第一组卫星信号452是否足够。如果处理器410确定第一组卫星信号452足够，则处理器410前进到步骤530，其中处理器410基于第一组卫星信号452确定车辆定位。例如，在一段时间T内如果车辆200相对于参照物的位置变化高于预设的阈值距离，并且如果车辆200的速度高于预设的阈值速度，例如，以大约5米/秒的速度在约3秒内变化超过约5米，那么，处理器410确定第一组卫星信号452就足够的了。在步骤530，处理器410可以基于车辆200在一段时间T内的位置变化确定车辆定位。该确定的车辆定位是在参考坐标系310中一段时间T结束时车辆200的定位。
如本文所述，连接设备100接收的卫星信号452在大部分时间可能足够，以使得仅基于卫星信号452就可以确定车辆200的定位。但在某些情况下，卫星信号452不足以用于确定车辆200的方向。例如，当卫星信号452被阻挡时，例如当车辆200在隧道中移动时，卫星信号452可能基本上很弱或不可用。当车辆200以降低的速度转弯时，卫星信号452也是不足的，并且使得在一段时间T期间车辆200的位置变化低于预设的阈值距离，并且如果车辆200的速度低于预设的阈值速度，例如，在低于约5m/s的速度下，在约3秒内，小于约5米的位置变化。另外，当使用卫星信号452确定的车辆200的位置有暂时一段时间移动或跳离真实位置，卫星信号452是不足的。例如，车辆200的位置在2秒内变化超过约25米，对应于90km/h的速度，这在市区通常是不现实的。在这些卫星信号452不足的情况和类似情况下，处理器410前进到步骤540。
在步骤540，处理器410确定连接设备100相对于车辆200的第一相对定位。如上所述，车辆200行驶期间的第一相对定位基本保持不变。因此，一旦确定了第一相对定位，就可以在其他时间点确定车辆定位。
在步骤550，处理器410确定连接设备100相对于参照物(例如地理北)的第二相对定位。因为连接设备100与车辆200相对静止，所以当车辆200相对于参照物移动时，第二相对定位也改变了并且需要针对不同的时间点确定。
在步骤560，处理器410基于在步骤540确定的第一相对定位和在步骤550确定的第二相对定位确定车辆定位。
下面参考图6-8进一步描述步骤540-560的细节。
如图6所示，为了确定第一相对定位，步骤540还可以包括步骤542-546。
在步骤542，处理器410确定连接设备100的重力矢量。重力矢量表示沿着设备坐标系110的三个轴XP、YP和ZP的重力加速度的平均大小。当连接设备100和车辆200静止时以及当接收的测量值稳定时，处理器410使用加速计420和/或陀螺仪430的测量值来确定重力矢量。
例如，在连接设备100安装在车辆200内并且当车辆200静止时，处理器410沿着三个轴XP、YP和ZP从加速计420接收一段时间(例如约3秒)内的测量值，并确定测量值是否稳定。如果满足某些预设条件，则由处理器410确定的测量值是稳定的。例如，如果满足以下两个预设条件，则来自加速计420的测量值被确定为稳定的。第一，时间段开始时重力加速度测量值的大小与时间段结束时沿三个轴XP、YP和ZP中每个轴的重力加速度测量值的绝对差值，小于0.1m/s2。第二，重力加速度的总体幅度与地球表面重力加速度的标称平均值(例如9.81m/s2)之间的绝对差值小于0.1m/s2。可以基于沿着三个轴XP、YP和ZP的加速度测量值的大小来确定重力加速度的总体幅度。如本文所述，矢量的总体幅度可以是沿着坐标系的三个轴的矢量幅度的平方和的平方根。
加速计420的测量值可以以特定频率定期更新，并且处理器410可以使用已被确定为稳定的加速计420的更新测量值来确定沿三个轴的重力加速度的平均幅度。可以基于所确定的重力加速度的平均大小来确定重力矢量Vgravity。
在步骤544，处理器410确定连接设备100的加速度矢量。如上所述，因为连接设备100安装到车辆200并且定位与车辆200相对静止，所以当车辆200移动并加速时，连接设备100也以相同的加速度移动。因此，当车辆200线性加速(包括负加速或减速)时，连接设备100的加速计420的测量值表示车辆200的加速度和沿设备坐标系110的三个轴的重力加速度。然后，处理器410基于加速计420的测量值和在步骤542确定的重力矢量来确定加速度矢量。如这里所使用的，车辆200的加速度矢量由Vacc表示。
例如，当车辆200在静止之后开始移动时，处理器410从加速计420接收一段时间的测量值，例如3秒。然后，处理器410通过从加速计420的测量值减去在步骤542确定的相应的重力加速度的平均值，获得在设备坐标系110中的线性加速度矢量Vacc_linear。另外，处理器410可以使用磁力计440的测量值来确定连接设备100相对于地理北(或磁北)的定位及其在相同时间段内的变化。如果线性加速器矢量Vacc_linear的总体幅度大于预设的阈值加速度值，例如0.5m/s2，并且如果连接设备100相对于地理北或磁北的相对定位变化关于三个轴中的每一个都小于约10度，处理器410可以确定车辆200正在以线性加速度移动。
在确定车辆200以线性加速度移动之后，处理器410还可以基于线性加速器矢量Vacc_linear来确定设备坐标系110中的加速度矢量Vacc。例如，处理器410可以确定具有超过预设的阈值(例如，0.3m/s2)的总体幅度的线性加速器矢量Vacc_linear作为车辆200的加速度矢量Vacc。如本文所述，加速度矢量Vacc可具有指示车辆200的减速度的负值。
在一些实施例中，处理器410在一段时间内获得一系列加速度矢量Vacc，例如一百个加速度矢量Vacc样本，并确定车辆200的平均加速度矢量Vave_acc。
在步骤546，处理器410基于重力矢量Vgravity(步骤542)和加速度矢量Vacc或平均加速度矢量Vave_acc(步骤544)确定第一相对定位。如上所述，第一相对定位可以根据旋转矩阵获得。
反过来，旋转矩阵可以根据重力矢量Vgravity和平均加速度矢量Vave_acc确定。第一，处理器410确定矢量Vright，其表示从车辆200的左侧到右侧的水平方向，作为重力矢量Vgravity和平均加速度矢量Vave_acc的矢量积。这里，矢量Vright垂直于重力矢量Vgravity和平均加速度矢量Vave_acc。然后，处理器410确定矢量Vup为矢量Vright和平均加速度矢量Vave_acc的矢量积，矢量Vup表示从车辆200的底部到顶部指向的垂直方向。这里，矢量Vup垂直于矢量Vright和平均加速度矢量Vave_acc。如本文所述，向量Vright、Vave_acc和Vgravity是设备坐标系110中的列向量。最后，处理器410通过连接向量Vright、Vave_acc、Vgravity并转置从连接获得的矩阵来确定旋转矩阵/>即，/>然后可以根据旋转矩阵/>得到第一相对定位。
如图7所示，为了确定第二相对定位，步骤550还可以包括步骤552-556。
在步骤552，处理器410在先前的时间点确定先前的车辆定位。如上所述，在车辆200的行驶期间，由连接设备100接收的GPS信号452通常是足够的，使得可以根据卫星信号452确定车辆200的定位。当卫星信号452实时足够时，处理器410可以确定并更新车辆定位。足够的卫星信号452和实时确定的车辆定位可以保存在存储设备460中以供处理器410使用。在由连接设备100在步骤510接收的第一组卫星信号452在步骤520中被确定为不足的情况下，处理器410可以确定和/或使用先前的车辆定位来确定当前时间点的车辆定位。下面参考图8进一步描述用于执行步骤552的示例性方法。
在步骤554，处理器410基于在步骤540确定的第一相对定位和在步骤552确定的先前的车辆定位，确定连接设备100相对于先前的时间点处的参照物的第三相对定位。处理器410可以在先前的时间点处根据旋转矩阵确定第三相对定位。
例如，处理器410在先前的时间点基于旋转矩阵确定旋转矩阵/>并在同一时间点，根据/>确定旋转矩阵/>在步骤540确定旋转矩阵/>当卫星信号452在先前的时间点足够时，可以基于在步骤552确定的先前的车辆定位来得到旋转矩阵/>然后，处理器410在先前的时间点处根据旋转矩阵/>进一步确定第三相对定位。
在步骤556，处理器410基于在步骤554中确定的第三相对定位和连接设备100的加速计420的测量值来确定第二相对定位。这里，处理器410可使用先前的时间点的旋转矩阵和一段时间内加速计420的测量值，估计当前时间的旋转矩阵/>
作为非限制性示例，处理器410可以使用卡尔曼滤波来估计当前时间的第二相对定位(或旋转矩阵，)，其中使用加速计420随时间的一系列测量值作为当前输入测量值，并且将第三相对定位作为先前状态。如本文所述，处理器410可以使用任何类型的预测方法来确定当前时间在步骤556中的第二相对定位(或旋转矩阵/>)。
或者，代替步骤552-556，处理器410可以使用磁力计440的测量值来确定第二相对定位。处理器410可以进一步确定旋转矩阵
在一些实施例中，在步骤560中确定车辆定位还包括确定旋转矩阵用于旋转车辆坐标系210以在当前点与参考坐标系310对准，并根据旋转矩阵/>确定车辆定位。例如，处理器410基于在步骤540确定的旋转矩阵/>以及在步骤550估计的当前时间点的旋转矩阵确定在当前时间点的旋转矩阵/>其中/>然后，处理器410在当前时间点根据旋转矩阵/>确定车辆定位。
如图8所示，当卫星信号452足够时，为了在先前的时间点确定先前的车辆定位，步骤552可以进一步包括步骤552a-552d。如本文所述，当卫星信号452足够时，步骤552a-552d可以由处理器410实时执行，并且可以在先前的时间点之前由处理器410执行。
在步骤552a，处理器410在先前的时间点之前的一段时间内获得第二组卫星信号452。在步骤552b，处理器410确定在一段时间内车辆200相对于参照物的位置变化。在步骤552c，类似于步骤520，处理器410确定车辆200在一段时间内的位置变化是否高于预设的阈值距离，例如，在约3秒内变化大于约5米。附加地或替代地，处理器410可以确定车辆200的速度是否高于预设的阈值速度，例如高于约5m/s的速度。如果步骤552c的结果是肯定的，则处理器410进入步骤552d，并根据车辆200的位置变化确定先前的时间点的车辆定位。如果在步骤552c的结果是否定的，则处理器410可以返回到步骤552a并获得先前接收的另一组卫星信号452。
本申请的另一方面涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得一个或以上处理器执行如上所述的方法。所述计算机可读介质包括易失性或非易失性、磁性、半导体、磁带、光学、可移动、不可移动或其他类型的计算机可读介质或计算机可读存储设备。在一些实施例中，如所披露的，计算机可读介质可以是存储设备460，其上存储有计算机指令。在其他实施例中，计算机可读介质可以是其上存储有计算机指令的盘或闪存驱动器。
计算机可读存储介质可以指代可以存储处理器可读的信息或数据的任何类型的非暂时性存储器。因此，计算机可读存储介质可以存储用于由一个或以上处理器执行的指令，包括用于使处理器执行与本文描述的实施例一致的步骤或阶段的指令。该计算机可读介质包括非易失性和易失性介质、可移动和不可移动介质。信息和/或数据存储可以用任何方法或技术实现。信息和/或数据可以是计算机可读指令、数据结构和程序的模块，或其他类型的数据。计算机可读存储介质的示例包括但不限于相变随机存取存储器(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储器技术、高速缓存、寄存器、光盘只读存储器(CD-ROM)，或者可以用于存储信息的任何其他非暂时性媒体，其能够被计算机设备访问。
以上描述仅用于说明的目的。描述既不详尽也不限于所披露的精确形式或实施例。考虑到所披露实施例的说明书和实践，实施例的修改和调整将是显而易见的。例如，所描述的实现包括硬件和软件，但是与本申请一致的系统和方法也可以仅作为硬件实现。另外，虽然已经描述了某些组件彼此耦合，但是这些组件也可以彼此集成或以任何合适的方式分布。
此外，虽然本文已经描述了说明性实施例，但是其范围包括具有等同的元件、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方面的组合)、基于本申请的改编和/或变更的任何和所有实施例。权利要求中的元件将基于权利要求中采用的语言广泛地解释，并且不限于本说明书中或在本申请的审查期间描述的示例，这些示例应被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所披露方法的步骤，包括重新排序步骤和/或插入或删除步骤。
由计算机可读介质存储的指令或操作步骤可以是计算机程序、程序模块或代码的形式。如本文所述，基于本说明书的书面描述的计算机程序、程序模块和代码，例如处理器使用所使用的，容易在软件开发者的权限范围内。可以使用各种编程技术来创建计算机程序，程序模块或代码。例如，它们可以用Java、C、C++、汇编语言或任何这样的编程语言来设计。这些程序、模块或代码的一个或以上可以集成到设备系统或现有通信软件中。程序、模块或代码也可以作为固件或电路逻辑实现或复制。
本申请的特征和优点从详细说明中显而易见，因此，所附权利要求旨在覆盖落入本申请的真实精神和范围内的所有系统和方法。如本文所用，不定冠词“一”和“一个”表示“一个或以上”。类似地，复数术语的使用不一定表示多个，除非在给定的上下文中是明确的。除非另外特别指出，否则诸如“和”或“或”之类的词语表示“和/或”。此外，由于研究本申请很容易发生许多修改和变化，不希望将本申请限制于所示和所述的确切结构和操作，因此，可以采用所有合适的修改等，落入本申请的范围内。
考虑到本文披露的实施方案的说明书和实践，其他实施方案将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被视为示例，所披露的实施例的真实范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (16)

1.一种用于确定车辆定位的计算机实现的方法，包括：
接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，所述连接设备与车辆相对静止；
确定所述第一组卫星信号不足以用于确定所述车辆定位；
在先前的时间点确定先前的车辆定位；
基于所述连接设备相对于所述车辆的第一相对定位和所述先前的车辆定位，在所述先前的时间点确定所述连接设备相对于参照物的第三相对定位；
基于所述第三相对定位和所述连接设备的加速计的测量值，确定所述连接设备相对于参照物的第二相对定位；以及
基于所述第一相对定位和所述第二相对定位，确定所述车辆定位。
2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述连接设备安装在所述车辆内。
3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述参照物是地球。
4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，确定所述第一相对定位包括：
确定所述连接设备的重力矢量；
确定与所述车辆加速度相关联的所述连接设备的加速度矢量；以及
基于所述重力矢量和所述加速度矢量，确定所述第一相对定位。
5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述重力矢量是基于所述连接设备的陀螺仪和/或加速计的测量值确定的。
6.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其特征在于，基于所述连接设备的加速计的测量值确定所述加速度矢量。
7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，确定所述先前的车辆定位包括：
在一段时间内收到与所述连接设备相关的第二组卫星信号；
确定在时间段内所述车辆相对于所述参照物的位置变化；以及
如果所述位置变化高于预设的阈值，则根据所述位置变化确定所述先前的车辆定位。
8.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括如果所述第一组卫星信号足够，则基于所述第一组卫星信号确定所述车辆定位。
9.一种用于确定车辆定位的系统，所述系统包括：
至少一个存储设备被配置为存储卫星信号；以及
处理器被配置为：
接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，所述连接设备与车辆相对静止；
确定所述第一组卫星信号不足以用于确定所述车辆定位；
在先前的时间点确定先前的车辆定位；
基于所述连接设备相对于所述车辆的第一相对定位和所述先前的车辆定位，在所述先前的时间点确定所述连接设备相对于参照物的第三相对定位；
基于所述第三相对定位和所述连接设备的加速计的测量值，确定所述连接设备相对于参照物的第二相对定位；以及
基于所述第一相对定位和所述第二相对定位，确定所述车辆定位。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述连接设备安装在所述车辆内。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述参照物是地球。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，为了确定所述第一相对定位，所述处理器进一步被配置为：
确定所述连接设备的重力矢量；
确定与所述车辆加速相关联的所述连接设备的加速度矢量；以及
基于所述重力矢量和所述加速度矢量，确定所述第一相对定位。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述重力矢量是基于所述连接设备的陀螺仪和/或加速计的测量值确定的。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，为了确定所述先前的车辆定位，所述处理器进一步被配置为：
在一段时间内收到与所述连接设备相关的第二组卫星信号；
确定在时间段内所述车辆相对于所述参照物的位置变化；以及
如果所述位置变化高于预设的阈值，则根据所述位置变化确定所述先前的车辆定位。
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，如果所述第一组卫星信号足够，所述处理器进一步被配置为基于所述第一组卫星信号确定所述车辆定位。
16.一种非暂时性计算机可读介质，包含指令，当其由至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行用于确定车辆定位的方法，所述方法包括：
接收与连接设备相关联的第一组卫星信号，所述连接设备与车辆相对静止；
确定所述第一组卫星信号不足以用于确定所述车辆定位；
在先前的时间点确定先前的车辆定位；
基于所述连接设备相对于所述车辆的第一相对定位和所述先前的车辆定位，在所述先前的时间点确定所述连接设备相对于参照物的第三相对定位；
基于所述第三相对定位和所述连接设备的加速计的测量值，确定所述连接设备相对于参照物的第二相对定位；以及
基于所述第一相对定位和所述第二相对定位，确定所述车辆定位。
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