CN111337017A - 一种aoa基站安装姿态的自动测定方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种AOA基站安装姿态的自动测定方法和装置，其中自动测定方法特征在于，包括获取三轴重力传感器的三轴数值，并根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角;获取三轴磁传感器的三轴数值，并根据所述三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角等，本发明可以自动测量AOA基站的姿态，显著减少了部署工作量。

Description

一种AOA基站安装姿态的自动测定方法和装置
技术领域
本发明涉及一种室内定位技术，尤其基于信号到达角度的室内定位系统中，AOA基站安装姿态的自动测定方法和装置。
背景技术
基于信号到达角度(AOA，Angle-of-Arrival)的室内定位系统中，终端根据相对于基站天线中点的角度和到基站天线中点的距离两个测量值进行定位。定位结果是相对于基站的，需要转换成绝对坐标。在这个过程中需要基站的绝对坐标和姿态矩阵进行转换。现有技术中存在测量基站的姿态比较困难，部署工作量大等问题。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的不足，提供一种AOA基站安装姿态的自动测定方法和装置，可以自动测量AOA基站的姿态，显著减少了部署工作量。
为实现上述目的，本发明提出的一种AOA基站安装姿态的自动测定方法，其特征在于，包括
获取三轴重力传感器的三轴数值，并根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角；
获取三轴磁传感器的三轴数值，并根据所述三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角。
优选地，所述获取三轴重力传感器的三轴数值，并根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角时，
先将获取到的所述三轴重力传感器的三轴数值ax，ay，az归一化，
Figure BDA0002457082490000011
则所述俯仰角θ＝arcsin(-Ax)；所述翻滚角
Figure BDA0002457082490000012
优选地，所述获取三轴磁传感器的三轴数值，并根据所述三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角时，包括
计算相对于磁北的航向角：
Figure BDA0002457082490000021
然后计算相对于真北的航向角：
Figure BDA0002457082490000022
其中，磁偏角
Figure BDA0002457082490000023
为真北和磁北的夹角；所述三轴重力传感器的三轴数值为Mx，My，Mz。
优选地，所述方法还包括：
当基站运动时，获取三轴陀螺仪的数据，对运动的基站进行姿态补偿并实时更新。
优选地，所述方法还包括：获取气压计的数值，进而得到所述基站的高度。
本发明还提出的一种AOA基站安装姿态的自动测定装置，包括天线板和主控板，其特征在于：所述主控板包括：三轴重力传感器、三轴磁传感器，所述三轴重力传感器用于检测并提供三轴重力传感器的三轴数值，所述自动测定装置根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角；所述三轴磁传感器用于检测并提供三轴磁传感器的三轴数值，所述自动测定装置根据所述自动测定装置根据三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角。
优选地，所述主控板还包括三轴陀螺仪，当基站运动时，所述三轴陀螺仪检测并提供三轴陀螺仪的数据，所述自动测定装置根据所述三轴陀螺仪的数据对运动的基站进行姿态补偿并实时更新。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为某优选实施例的流程示意图之一；
图2为某优选实施例的流程示意图之二；
图3为某优选实施例中自动测定装置的结构框图；
图4为坐标示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
参考图1和图4，某优选实施例中，AOA基站安装姿态的自动测定方法包括
S01:获取三轴重力传感器的三轴数值，并根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角；具体来说：先将获取到的所述三轴重力传感器的三轴数值ax，ay，az归一化，
Figure BDA0002457082490000031
则所述俯仰角θ＝arcsin(-Ax)；所述翻滚角
Figure BDA0002457082490000032
S02:获取三轴磁传感器的三轴数值，并根据所述三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角；
具体来说，先计算相对于磁北的航向角：
Figure BDA0002457082490000033
然后计算相对于真北的航向角：
Figure BDA0002457082490000034
其中，磁偏角
Figure BDA0002457082490000035
为真北和磁北的夹角；所述三轴重力传感器的三轴数值为Mx，My，Mz。
参考图2和图4，较优地，还包括步骤：
S03：当基站运动时，获取三轴陀螺仪的数据，对运动的基站进行姿态补偿并实时更新。
参考图3，AOA基站安装姿态的自动测定装置，包括天线板和主控板，所述主控板包括：三轴重力传感器、三轴磁传感器，所述三轴重力传感器用于检测并提供三轴重力传感器的三轴数值，所述自动测定装置根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角；所述三轴磁传感器用于检测并提供三轴磁传感器的三轴数值，所述自动测定装置根据所述自动测定装置根据三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角。较优地，所述主控板还包括三轴陀螺仪，当基站运动时，所述三轴陀螺仪检测并提供三轴陀螺仪的数据，所述自动测定装置根据所述三轴陀螺仪的数据对运动的基站进行姿态补偿并实时更新。
下面进一步描述更详细的实施：
基站的绝对坐标可以由测量(或自动测量)得到，基站的姿态包括东北天坐标系下的，航向角(Yaw)、翻滚角(Roll)、俯仰角(Pitch)分别记为
Figure BDA0002457082490000041
γ，θ。
现假定基站天线板平面和基站主控板平面是在同一个平面上，天线板平面的中点即为基站的坐标原点。因此主控板的姿态即为基站姿态。
如图4所示，当基站静止时，通过重力传感器中三轴得到的数值记为ax，ay，az
先将测到的各个分量的数值归一化，
Figure BDA0002457082490000042
则可得俯仰角和翻滚角：
θ＝arcsin(-Ax)
Figure BDA0002457082490000043
通过三轴磁传感器，得到三轴的数值记为Mx，My，Mz。
则可以得到相对于磁北的航向角：
Figure BDA0002457082490000044
相对于真北的航向角
Figure BDA0002457082490000045
其中，
Figure BDA0002457082490000046
为真北和磁北的夹角，称为磁偏角。
磁偏角需要根据观测点的经纬高，可利用国际地磁参考场(IGRF，internationalgeomagnetic reference field)或世界地磁模型(WMM，World Magnetic Model)地磁模型计算。
至此，获得了基站在东北天坐标系下的姿态，尤其包括基站初始姿态。
当基站静止时，陀螺仪的数据几乎为零。不需要参与计算。
当基站运动时，陀螺仪可以进行补偿，实时更新姿态。另外，气压计通过校准后，可以得到基站的高度。
例如假设某基站，重力传感器测得的数据为
ax＝6712，ay＝424，az＝14288；磁传感器测得的数据为
Ax＝0.4250，Ay＝0.0268
则根据本发明方法，俯仰角和翻滚角：
θ＝arcsin(-Ax)＝-0.4379
Figure BDA0002457082490000047
由磁力传感器得数据Mx＝2.50，My＝4.77，Mz＝3.85，代入发明内容6的磁北航向角公式
得：
Figure BDA0002457082490000048
基站所处经纬高对应的磁偏角为0.0197π
因此，航向角：
Figure BDA0002457082490000051
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种AOA基站安装姿态的自动测定方法，其特征在于，包括
获取三轴重力传感器的三轴数值，并根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角;
获取三轴磁传感器的三轴数值，并根据所述三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角。
2.如权利要求1所述的AOA基站安装姿态的自动测定方法，其特征在于，所述获取三轴重力传感器的三轴数值，并根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角时，
先将获取到的所述三轴重力传感器的三轴数值ax，ay，az归一化，
Figure DEST_PATH_BDA0002457082490000011
则所述俯仰角θ＝arcsin(-Ax)；所述翻滚角
Figure DEST_PATH_BDA0002457082490000012
3.如权利要求1或2所述的AOA基站安装姿态的自动测定方法，其特征在于，所述获取三轴磁传感器的三轴数值，并根据所述三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角时，包括
计算相对于磁北的航向角：
Figure DEST_PATH_BDA0002457082490000021
然后计算相对于真北的航向角：
Figure DEST_PATH_BDA0002457082490000022
其中，磁偏角
Figure DEST_PATH_BDA0002457082490000023
为真北和磁北的夹角；所述三轴重力传感器的三轴数值为Mx，My，Mz。
4.如权利要求3所述的AOA基站安装姿态的自动测定方法，其特征在于，所述方法还包括：
当基站运动时，获取三轴陀螺仪的数据，对运动的基站进行姿态补偿并实时更新。
5.如权利要求4所述的AOA基站安装姿态的自动测定方法，其特征在于，所述方法还包括：获取气压计的数值，进而得到所述基站的高度。
6.一种AOA基站安装姿态的自动测定装置，包括天线板和主控板，其特征在于：所述主控板包括：三轴重力传感器、三轴磁传感器，所述三轴重力传感器用于检测并提供三轴重力传感器的三轴数值，所述自动测定装置根据所述三轴重力传感器的三轴数值计算基站的俯仰角和翻滚角;所述三轴磁传感器用于检测并提供三轴磁传感器的三轴数值，所述自动测定装置根据所述自动测定装置根据三轴磁传感器的三轴数值、所述俯仰角和所述翻滚角计算基站相对于真北的航向角。
7.如权利要求6所述的AOA基站安装姿态的自动测定装置，其特征在于，所述主控板还包括三轴陀螺仪，当基站运动时，所述三轴陀螺仪检测并提供三轴陀螺仪的数据，所述自动测定装置根据所述三轴陀螺仪的数据对运动的基站进行姿态补偿并实时更新。
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