CN111089596A - 一种基于激光视觉信号与惯性导航融合的自主定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光视觉与惯性融合的自主定位系统，包括：智能移动终端、激光视觉信标节点、局域网及服务器，定位方法为惯性导航定位，惯性导航定位通过智能移动终端自带的加速度计、陀螺仪和电子罗盘，获得惯性导航定位信息，并通过自主信息融合算法将激光视觉信号和惯性导航定位信息进行数据融合，进而输出准确的导航定位结果。本发明将激光视觉信号定位和惯性导航定位相融合，实现优势互补，一方面利用激光视觉信号定位消除了惯性导航定位的累积误差，另一方面弥补了激光视觉信号定位由于遮挡情况导致定位信息造成严重的误差缺陷，定位精度高，更好地满足用户定位需求。

Description

一种基于激光视觉信号与惯性导航融合的自主定位系统及其 方法

技术领域

本发明属于基于位置的服务领域，尤其涉及一种基于激光视觉信号与惯性导航融合的自主定位系统及其方法。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，LBS越来越受到人们的青睐。LBS广泛支持与地理空间信息相关的应用，比如信息查询、急救服务、道理导航、资产管理、人员跟踪、定位广告等，为人们的生产和生活带来了很大的便捷。由于技术方案及应用场景不同，基于位置服务技术可分为室外定位技术和室内定位技术；在室外环境，全球导航卫星系统在军事、民用领域应用非常广泛，且可按照要求达到精确定位导航；然而在移动载体的导航环境，由于受到建筑物的遮挡而发生多路径效应影响，导致卫急星信息急剧衰减甚至不存在，使得室外移动载体环境中无法通过卫星系统实现位置信息的实时获得和导航功能，高精度室外移动载体的定位需求使得不依赖与 GPS的室内定位技术与服务成为研究重点和热点。

惯性导航定位方法和激光视觉信号定位方法，是当下较为普通的两种移动载体定位方法。其中惯性导航定位，能实现位置信息的实时更新，受外界环境影响小，然而其初始位置需要人为设定，定位存在累计误差，随着移动载体进行距离的增加，定位精度随之降低，需要阶段性，通过融合其他方式，对位置进行修正。而激光视觉信号定位，有较高的定位精度，精度可达分米级。不存在累计误差，然而其存在复杂环境下易受遮挡影响导致定位出现很大误差或定位信息缺失等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种一种基于激光视觉信号与惯性导航融合的自主定位系统及其方法。

本发明的目的的是通过以下技术方案来实现的：

一种利用激光视觉信号与惯性导航的融合定位系统，包括：智能移动终端、激光视觉信标节点、局域网及服务器，惯性导航定位元器件，其中：

所述的智能移动终端上安装有用户定位软件，该软件包括惯性导航模块、声信号定位模块及定位信息融合模块；所述的惯性导航模块通过对用户进行激光视觉检测、视长波长估计、运动方向估计及运动速度估计来获得惯性导航定位信息；所述的激光视觉信号定位模块通过智能移动终端自带的激光视觉设备，发射光调制信号，并接收来自局域网的激光视觉信号定位信息；所述的定位信息融合模块用于对所述的惯性导航定位信息和激光视觉信号定位信息进行同步信息融合，获得更加精准的定位信息。

进一步的，所述的智能移动终端为具有惯性测量元件、激光发射模块、无线通信模块和微处理器的通用智能设备。

进一步的，所述局域网为无线局域网WLAN或蓝牙短距离局域网络。

进一步的，所述的智能移动终端为智能手机或平板电脑。

一种利用激光视觉信号与惯性导航融合的定位方法，该方法基于利用激光视觉信号与惯性导航融合的定位系统来实现，该方法包括以下步骤：

步骤1：布置各激光视觉信标节点，并建立实时的相对位置坐标系，测量并记录各信标节点的坐标值；搭建局域网，将各信标节点、用户智能移动终端和服务器加入局域网；服务器通过局域网向各信标节点系统进行指令；

步骤2：用户在行进的状态中，打开智能移动终端的用户端定位软件，运行激光视觉信号定位模块，进行1次激光视觉信号定位，并将该次激光信号定位的位置信息，作为用户起始位置；

步骤3：用户端定位软件的惯性导航模块以固定频率采集智能移动终端内置传感器的数据，通过加速度数据检测用户的运动轨迹；当检测到用户固定的运动轨迹时，对用户进行惯性导航定位，同时激光视觉信号定位模块开始以固定频率进行激光视觉信号定位；

步骤4：用户端定位软件的定位信息融合模块根据激光视觉信号与惯性导航定位结果进行同步信息融合，得到待定位点的最终位置，并将其作为下一次惯性导航定位的初始位置。

进一步的，所述的信标节点的本地时间信息由其内部的惯性元器件提供。

进一步的，所述的步骤3中惯性导航定位方法具体如下：

智能移动终端通过采集加速度信息，进行用户移动激光视觉估计和检测，通过陀螺仪和电子罗盘信息进行运动方向估计，结合运动轨迹周期时间，并根据航位推算法，获得惯性导航定位信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明无需依靠失效的GPS信号和其他额外的高成本硬件设备，仅依靠智能移动终端、信标节点和服务器，通过粒子滤波融合激光视觉信号定位信息和惯性导航定位信息，将两者实现优势互补，一方面利用激光视觉信号定位消除了惯性导航定位的累积误差，另一方面弥补了激光视觉信号定位由于遮挡情况导致定位信息造成严重误差，从而可以更好地满足移动载体定位需求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明定位方法工作流程示意图；

图2为本发明定位信息融合模块流程示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于激光视觉与惯性融合的自主定位方法，其特征在于，包括：智能移动终端、激光视觉信标节点、局域网及服务器，惯性导航定位元器件。

示例性的，所述的智能移动终端上安装有用户定位软件，该软件包括惯性导航模块、声信号定位模块及定位信息融合模块；所述的惯性导航模块通过对用户进行激光视觉检测、视长波长估计、运动方向估计及运动速度估计来获得惯性导航定位信息；所述的激光视觉信号定位模块通过智能移动终端自带的激光视觉设备，发射光调制信号，并接收来自局域网的激光视觉信号定位信息；所述的定位信息融合模块用于对所述的惯性导航定位信息和激光视觉信号定位信息进行同步信息融合，获得更加精准的定位信息。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/ 或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、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。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种利用激光视觉信号与惯性导航的融合定位系统，其特征在于，包括：智能移动终端、激光视觉信标节点、局域网及服务器，惯性导航定位元器件，其中：

所述的智能移动终端上安装有用户定位软件，该软件包括惯性导航模块、声信号定位模块及定位信息融合模块；所述的惯性导航模块通过对用户进行激光视觉检测、视长波长估计、运动方向估计及运动速度估计来获得惯性导航定位信息；所述的激光视觉信号定位模块通过智能移动终端自带的激光视觉设备，发射光调制信号，并接收来自局域网的激光视觉信号定位信息；所述的定位信息融合模块用于对所述的惯性导航定位信息和激光视觉信号定位信息进行同步信息融合，获得更加精准的定位信息。

2.根据权利要求1所述的利用激光视觉信号与惯性导航的融合定位系统，其特征在于，所述的智能移动终端为具有惯性测量元件、激光发射模块、无线通信模块和微处理器的通用智能设备。

3.根据权利要求1所述的利用激光视觉信号与惯性导航的融合定位系统，其特征在于，所述局域网为无线局域网WLAN或蓝牙短距离局域网络。

4.根据权利要求1所述的利用激光视觉信号与惯性导航的融合定位系统，其特征在于，所述的智能移动终端为智能手机或平板电脑。

5.一种利用激光视觉信号与惯性导航融合的定位方法，该方法基于权利要求1-4中任一项的利用激光视觉信号与惯性导航融合的定位系统来实现，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：布置各激光视觉信标节点，并建立实时的相对位置坐标系，测量并记录各信标节点的坐标值；搭建局域网，将各信标节点、用户智能移动终端和服务器加入局域网；服务器通过局域网向各信标节点系统进行指令；

步骤2：用户在行进的状态中，打开智能移动终端的用户端定位软件，运行激光视觉信号定位模块，进行1次激光视觉信号定位，并将该次激光信号定位的位置信息，作为用户起始位置；

步骤3：用户端定位软件的惯性导航模块以固定频率采集智能移动终端内置传感器的数据，通过加速度数据检测用户的运动轨迹；当检测到用户固定的运动轨迹时，对用户进行惯性导航定位，同时激光视觉信号定位模块开始以固定频率进行激光视觉信号定位；

步骤4：用户端定位软件的定位信息融合模块根据激光视觉信号与惯性导航定位结果进行同步信息融合，得到待定位点的最终位置，并将其作为下一次惯性导航定位的初始位置。

6.根据权利要求5所述的利用激光视觉信号与惯性导航融合的定位方法，其特征在于，所述的信标节点的本地时间信息由其内部的惯性元器件提供。

7.根据权利要求5所述的利用激光视觉信号与惯性导航融合的定位方法，其特征在于，所述的步骤3中惯性导航定位方法具体如下：

智能移动终端通过采集加速度信息，进行用户移动激光视觉估计和检测，通过陀螺仪和电子罗盘信息进行运动方向估计，结合运动轨迹周期时间，并根据航位推算法，获得惯性导航定位信息。

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