CN113227818B - 使用对齐参照系在物理空间中进行物体跟踪的系统 - Google Patents

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CN113227818B CN201980064427.9A CN201980064427A CN113227818B CN 113227818 B CN113227818 B CN 113227818B CN 201980064427 A CN201980064427 A CN 201980064427A CN 113227818 B CN113227818 B CN 113227818B
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Abstract

本发明公开了与对齐用于跟踪物体的参照系相关联的方法和系统。本文公开的一个实施例是一种使用第一和第二参照系(FOR)中的物体的航向值序列来生成第一和第二FOR之间的变换的方法。该方法包括提供指令以在定向序列中将物体朝向一个或多个外部定位设备定向。该方法还包括使用机载传感器获得第二FOR中的物体的航向值序列，并根据定向序列和使用一个或多个外部定位设备获得第一FOR中的物体的位置值序列。该方法还包括使用位置值序列导出第一FOR中的物体的航向值序列。

Description

使用对齐参照系在物理空间中进行物体跟踪的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月30日申请的美国专利申请NO.16/049,074的权益。
背景技术
“参照系(frame of reference)”是可以相对于其测量运动和静止的标准。物理空间中相对于彼此静止的任何一组点可以为测量该物理空间中物体的相对运动提供空间参照系。出于本公开的目的，惯性参照系可以定义为Fin＝(oin；xin；yin；zin)。在该定义中，oin是描述惯性参照系原点位置的向量，并且xin、yin和zin是描述惯性参照系三个轴方位的向量。贯穿本公开，向量和矩阵分别由粗体小写和大写字符表示。出于本公开的目的，导航框架可以定义为以运动中的物体为中心的参照系，使得原点随着时间而改变。因此，特定的导航框架可以定义为Fnav＝(pb(t)；xnav；ynav；znav)。在该定义中，pb(t)是提供描述物体在空间中的位置的向量的函数，并且用作导航框架的原点，并且xnav、ynav和znav是描述导航参照系的轴的方位的向量。最后，主体参照系是以物体为中心的参照系，其轴相对于该物体的方位是相对固定的。这可以用Fb＝(pb(t)；Qb(t)e1；Qb(t)e2；Qb(t)e3)来表示，其中ei是三维向量，其第i个元素是1，其他地方都是0，Qb(t)是旋转矩阵，表示主体随时间的方位。按照本文件中的惯例，e1将被选为主体参照系中的主体航向轴。
上面提供的定义假设有一个统一的坐标系，在该坐标系下可以定义每个框架。其中每个参照系定义中的向量是这个统一坐标系中的值。然而，从系统设计者的角度来看，统一的坐标系可能是未知的。尽管从日常生活的角度来看，这可能是违反直觉的，在日常生活中，地球为每个人和每个事物提供了总体的参照系，但自动化系统并不直观地知道什么是“下”和“北”。此外，即使给系统的每个组件提供了重力传感器和罗盘，提供给系统的每个元件的传感器的变化导致系统仍然没有用于创建物理空间的统一模型的公共参照系。因此，有时通过变换来对齐给定系统使用的参照系。
由于各种原因，用变换来对齐参照系。一个原因是获取在一个框架中获得的数据，并在另一个框架中表示其，这更有利于系统设计要进行的操作。例如，一些GPS系统首先在惯性轨道框架内估计卫星的位置和速度，然后将数据转换成固定在地球上的参照系，以便对使用数据相对于地球表面导航的用户有意义。使用变换的另一个原因是将从不同参照系获得的数据对齐到一个精确的模型中。然而，对齐参照系并不总是必要的。例如，智能手机上的地图应用程序有时会允许用户跟踪智能手机在地图上的位置，并向用户呈现手机的方位和位置。方位和位置将以箭头的形式以合并格式呈现给用户，箭头指向给定的方向并位于地图上的给定位置。方位可以由智能手机上的机载传感器提供，而位置则由卫星或无线基站等外部设备确定。然而，不需要对齐外部设备和机载传感器使用的参照系，因为地图应用所需的精度水平不需要对齐两个数据源。
发明内容
本发明公开了跟踪物体的方位和物理位置的系统和方法。该系统可以包括在不同参照系中进行测量的多个传感器。所公开的系统和方法允许多个传感器通过对齐这些传感器的参照系来高精度地跟踪物体。该多个传感器的任务可以是测量物体的不同方面。在具体实施例中，设备的位置可以由一个或多个外部定位设备形式的传感器来测量，而设备的方位由机载传感器测量。一个或多个外部定位设备可以在第一参照系中测量物体的位置，而机载传感器在第二参照系中测量物体的方位。通常，第一和第二框架可能不是固有对齐的(即，构成每个框架的基础的向量不是两两共线的)。此外，关于这些框架的用手习惯可能存在不确定性。本文公开的方法和系统允许在不同的参照系之间产生变换，以允许来自多个传感器的数据被组合成统一的整体。在一组跟踪位置的外部传感器和跟踪方位的机载传感器的实例中，可以随后使用变换在单个参照系中精确地跟踪物体的位置和方位。物体的位置可以在第一参照系中获得，物体的方位可以在第二参照系中获得，并且变换可以用于将两组测量值缝合在一起，以提供物体在物理空间中的完整模型。
在本文公开的具体实施例中，由一个或多个外部定位设备在第一参照系中测量物体的位置，并且在第一参照系中，利用由外部定位设备进行的测量过程，一个或多个外部定位设备中的每个设备的位置也是已知的。一个或多个外部定位设备可以使用无线信号来识别系统中的物体在由该测量过程定义的单个参照系中的位置。一个或多个外部定位设备可以包括无线收发器，以发射和测量无线信号，并对信号进行飞行时间(TOF)分析。信号可以被导向位于物体上或系统中其他外部定位设备上的标签或收发器。然后，通过知道信号在所考虑的介质中的速度，并通过测量指向物体的信号从发射到接收的TOF，可以确定物体和其他外部定位设备的位置。在具体的方法中，可以使用诸如多边定位(MLAT)等方法在第一个参照系中推断物体的位置。
在本文公开的具体实施例中，根据定向序列在物理空间中依序定向物体，同时在两个参照系中获得物体的位置和方位。可将定向序列提供给用户，从而指示用户根据其物理定向物体。在定向序列中的每个点，一个或多个外部定位设备可以在第一参照系中获得物体的位置，而机载传感器在第二参照系中获得物体的方位。然后，系统可以从获得的值中导出第一和第二参照系中的物体的航向。第二参照系中的航向值(heading value)可以从在第二参照系中进行的方位测量中导出，因为航向是方位的单个分量。此外，还可以导出第一参照系中的航向值，因为用户正在使物体朝向第一参照系中已知的位置。因此，定向序列间接地向在第一参照系中进行测量的系统提供关于设备如何定向的信息。当物体根据定向序列被依序定向时，航向然后可以将从每个参照系获得的对应的朝向值用于生成两个参照系之间的变换。
在一个具体实施例中，提供了一种过程。该过程包括提供指令以便以定向序列将物体朝向一个或多个外部定位设备定向。该过程还包括根据定向序列并使用机载传感器获得第二参照系中的物体的航向值序列。该过程还包括根据定向序列并使用一个或多个外部定位设备获得第一参照系中的物体的位置值序列。该过程还包括使用第一参照系中的物体的位置值序列，导出第一参照系中的物体的航向值序列。该过程还包括使用第一参照系中的物体的航向值序列和第二参照系中的航向值序列来生成第一和第二参照系之间的变换。
在另一个具体实施例中，提供了一种系统。该系统包括物体、物体上的机载传感器以及一个或多个外部定位设备。该一个或多个外部定位设备配置成提供指令，以便以定向序列将物体朝向一个或多个外部定位设备定向。该系统还包括一个或多个计算机可读介质，用于存储指令以：根据定向序列并使用该一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的物体的位置值序列；根据定向序列并使用机载传感器，获得第二参照系中的物体的航向值序列；使用第一参照系中的物体的位置值序列，导出第一参照系中的物体的航向值序列；以及使用第一参照系中的物体的航向值序列和第二参照系中的航向值序列来生成第一和第二参照系之间的变换。
在另一个具体实施例中，提供了一种过程。该过程包括当物理上将物体朝向第一定位设备定向时：使用第一定位设备和第二定位设备获得第一参照系中的物体的第一位置；以及使用物体上的传感器获得第二参照系中的物体的第一航向。该过程还包括在物理上将物体朝向第二定位设备定向时获得。该过程还包括使用第一定位设备和第二定位设备获得第一参照系中的物体的第二位置；以及使用物体上的传感器获得第二参照系中的物体的第二航向。该过程还包括：(i)使用第一参照系中的物体的第一位置导出第一参照系中的第三航向；以及(ii)使用第一参照系中的物体的第二位置获得第一参照系中的第四航向。该过程还包括使用第一、第二、第三和第四航向生成从第一参照系到第二参照系的变换。
附图说明
图1示出了根据本文公开的具体实施例的一组对齐两个参照系以在物理空间中跟踪的物体的方法的系统和流程图。
图2示出了根据参考图1公开的具体实施例的用于向用户提供包括可见光信号的指令并获得位置序列和定向序列的具体方法的时序过程。
图3示出了根据参考图1公开的具体实施例的用于向用户提供包括永久标记的指令并获得位置序列和定向序列的具体方法的另一个时序过程。
图4示出了根据参考图1公开的具体实施例的用于获得第二参照系中的航向序列的具体实施例。
图5示出了根据参考图1公开的具体实施例的用于获得第一参照系中的航向序列的具体实施例。
具体实施方式
下文详细公开了用于在物理空间中精确跟踪物体的系统和方法。该系统可以包括多个传感器或多组传感器，这些传感器在不同的参照系中进行测量，并在这些参照系之间进行转换。在不同参照系中进行的测量随后可以通过使用变换和测量本身来用于跟踪物体。在本部分中公开的这些系统和方法的具体实施例是为了进行解释说明，并不意味着限制本发明，本发明的范围由所附权利要求提供。一组这些具体实施例可以参考图1来描述。
具体实施例包括测量物体位置的第一传感器或第一组传感器；以及测量物体方位的第二传感器或第二组传感器。图1提供了一组外部定位设备100的实例，外部定位设备100测量物体110的位置，而位于物体110的外壳内的机载传感器111测量物体的方位。第一传感器或第一组传感器和第二传感器或第二组传感器可以在不同的参照系中获得测量结果。不同的参照系可能不平行。在图1的实例中，物体110的参照系可以由机载重力传感器对地球重力的测量和磁力计对磁北的测量来提供。外部定位设备100的参照系可以通过设备之间的协定任意定义，并且与物体110的参照系没有任何关系。替代地，传感器可以配备有类似于物体110上的传感器，以向外部定位设备100提供基于地球的参照系。然而，即使在这种情况下，由于每组传感器使用的传感器之间的差异，框架也可能不够平行。根据本公开的系统可以设计成在两个参照系之间生成变换，使得由第一传感器或第一组传感器进行的测量和由第二传感器或第二组传感器进行的测量可以组合以精确地跟踪物体。
所跟踪的物体可以是需要由自动化系统以高精确度确定其位置的任何物体。该物体可以是指示设备，例如遥控器、演示指针、库存管理设备或用于无线标签的玩具。指示设备将具有限定的指示方向，该方向与用户在指示设备指示时对齐物体的航向关联。在其他实施例中，物体可以是无人机、智能手机、平板电脑、可穿戴计算设备或任何其他计算设备。在图1的具体实例中，物体100是作为通用控制器操作的专用设备。控制器可以进行操作以控制一个或多个电子设备，并且可以使用任何形式的无线发射器向这些设备发送信号。跟踪系统可用于确定控制器在任何给定时间指向哪个设备。
根据本公开用于跟踪物体位置的一组外部定位设备可以采取各种形式。该组外部定位设备可以包括两个或多个基本上同质的元件，这些元件测量物体在物理空间中的位置。该组外部定位设备可以使用无线信号来测量物体的位置。例如，如发明内容中所提到的，外部定位设备可以朝向物体上的标签或收发器引导无线信号，并且对这些信号进行TOF分析，并且使用MLAT获得物体位置的测量。外部定位设备可以替代地使用可见光观察物体，并使用计算机视觉图像处理技术获得物体位置的测量。外部定位设备可以替代地使用投射光场观察物体，并使用计算机视觉深度分析技术获得物体位置的测量。外部定位设备可以包括单独的无线发射器，用于与其他外部定位设备和物体通信编码信息，例如通过Wi-Fi、Z-wave或Zigbee协议。
在图1的具体系统图示中，该组外部定位设备100是位于带有物体110的房间中的一组壁挂式锚。在所示的情况下，外部定位设备在设备上的标签112处发送无线信号，并使用TOF和MLAT获得其位置的测量。标签112可以是设计成与该组外部定位设备100交互的LPS接收器。该组外部定位设备100可以布置在空间中，使得其不共线。如果该组外部定位设备100彼此具有视线，则其可以更好地工作。因此，一组外部定位设备100可以安装在高处(例如，离地面至少2米)。外部定位设备可以安装在空间的不同墙壁上。物体110还可以包括距离传感器和本地定位系统(LPS)接收器，用于与该组外部定位设备100通信并确定物体110的位置。LPS接收器可以实现超宽带(UWB)本地定位系统。外部定位设备可以彼此无线通信并与物体110无线通信，以实现UWB LPS系统或本领域已知的任何其他LPS系统。
根据本公开的用于跟踪物体方位的机载传感器可以采取各种形式。机载传感器可以包括重力传感器、加速度计、磁力计、陀螺仪或用于确定方向、航向或位置的其他传感器中的一个或多个。加速度计可以实现三轴加速度计，测量沿三根轴的平移加速度，并且还可以测量绕三根轴的旋转。在具体的方法中，机载传感器不需要测量方位的所有三个方面，而是可以仅测量导出物体航向所需的方位。例如，如果物体是指向设备，可能只需要和测量方位角和俯仰角，而忽略滚转角。
根据本公开的用于跟踪物体的方法可以包括提供指令，以定向序列将物体朝向一组外部定位设备定向。定向序列可以提供给用户，并且可以识别特定顺序或物体应该被定向朝向的点。图1的流程图中的步骤120示出了这种步骤。指令可以全部同时提供，或者可以与图1的流程图中的附加步骤一起依序提供。定向序列定义了该组外部定位设备中各个外部定位设备的具体顺序。指令可以以这样的形式提供，即指示物体应该根据该顺序朝向那些单独的外部定位设备定向。指令可以以人类可感知的形式提供，使得用户可以接收指令并根据该顺序来定位物体。
在具体实施例中，定向序列可以不由外部定位设备的位置来定义，而是由参照系中已知的任何一组点来定义，在该参照系中捕捉外部定位设备的测量。这一组点可以是已知的，因为表示其位置的数字值存储在存储器中，并且可由外部定位设备或包括外部定位设备的定位系统访问。外部定位设备被用作以这种方式已知的一组点的实例，因为许多外部定位系统利用这样的过程，其中每个设备的位置是确定被跟踪物体的位置的必要输入。然而，定位设备可以知道其他点，例如外部定位设备组已经被校准以通过先前的校准过程识别的外部点。特别地，在室内应用中，外部定位设备可以包括环境传感器，例如可见光相机，其能够使用图像处理技术检测其所处的房间的角落。
在图1的实例中，指令部分由放置在每个外部定位设备100的外表面上的符号提供。在图示的实例中，不同的符号取自一组简单的阿拉伯数字。定向序列可以是“1、2、3”，并且指令将通知用户他们应该首先将物体110指向外部定位设备1，然后指向外部定位设备2，然后指向外部定位设备3。在图示的情况下，听觉提示121指示用户将物体110朝向外部定位设备“2”定向。类似的听觉提示可以确认给定的定向已成功完成，并指示用户继续该序列。下面参考图2至图3更详细地提供了媒体和指令内容的多种变化。
在定向序列中的每个方位上，可以通过机载传感器和外部定位设备进行测量。这些组测量将由此形成与定向序列的值相对应的数据值序列。这些序列可以称为测量序列。序列的值是对应的，因为测量序列中的值是在物体根据定向序列中的对应方位被定向时获得的。序列可以具有相同数量的元素和一对一的值对应关系，或者显示来自定向序列的哪些方位值对应于测量序列中的哪些测量的单独映射。这两个测量序列可能是参照不同的非平行参照系获取的。
在图1的实例中，上述两个测量序列是在以下步骤中获得的：(i)步骤130，使用位于物体110的外壳内的机载传感器111获得物体110的航向值序列；以及(ii)步骤140，使用该组外部定位设备100获得物体110的位置值序列。外部定位设备可以在第一参照系中进行测量，使得位置值序列在第一参照系中。机载传感器可以在第二参照系中进行测量，使得在步骤130中获得的航向值序列在第二参照系中。当物体110朝向由定向序列指定的不同点时，可以进行这些序列中的每组对应的测量值。例如，如图所示，当物体110沿着航向113朝向外部定位设备2定向时，可以获得一组测量值。这些值可以存储在存储器中，以便以后导出两个参照系之间的变换。
第二参照系中的航向值可以通过各种类型的机载传感器以多种方式获得。机载传感器可以是安装在物体上或物体内的惯性运动单元(IMU)。该物体可以包括加速度计、陀螺仪和磁力计中的一个或多个，用作机载传感器。在步骤130中获得的航向值可以由陀螺仪、加速度计、磁力计或这些设备的任意组合捕捉。机载传感器可以获得方位向量，并且可以从中导出航向值。下面参考图4描述执行该动作的具体方法。
在具体实施例中，当物体被定向在特定方位上时由外部定位设备在第一参照系中获得的位置值可以用于导出第一参照系中物体的航向值。这种推导可能涉及数学计算和仅由系统对数据的操作(即，不进行任何其他测量)。例如，物体可以包括不止一个标签或收发器，其可以被外部定位设备跟踪，例如在物体的任一端，并且基于对物体设计的理解和标签或收发器的相对观察位置，可以从这两个位置导出物体的航向。作为另一个实例，物体和物体所朝向的点的相对位置可以用来导出它们之间的直线距离，假定物体正根据用户遵循所提供的指令朝向该点，则该直线距离可以假定为物体的航向。
在图1的实例中，在步骤140中获得的第一参照系中的物体的位置值序列可用于在步骤150中导出第一参照系中的物体的航向值序列。使用图示的实例，当物体110朝向外部定位设备2定向时获得的位置值可以用于导出航向113。下面参考图5描述执行该动作的具体方法。因此，在流程图的这一点上，步骤150已经生成了第一参照系中的一系列航向值，并且步骤130已经生成了第二参照系中的一系列相应的航向值。序列中的值对应于，如果遵循通过步骤120提供的指令，则在以相同方式定向物体的同时获得每对值。用于在步骤140和130中生成每对相应测量值的测量可以同时进行，以确保在执行两个测量期间物体处于相同的方位。
一旦系统在第一和第二参照系中都获得了一组对应的航向值，系统就可以使用这些值来导出两个参照系之间的变换。两对相应的值可能已足够。然而，如果没有第三组相应的值，变换的用手习惯可能是未知的。额外的组可以提高变换的精度，并用于解决测量误差，但不是必需的。这种变换可以用两个矩阵R∈SO(3)即三维旋转群的形式表示，并且M＝diag(1 1±1)使得RM[x2 y2 z2]＝[x1 y1 z1]，其中下标区分第一和第二参照系，x、y和z值是这些框架的轴。
图1包括步骤160，使用在步骤150中导出的第一参照系中的物体的航向值序列和在步骤130中获得的第二参照系中的航向值序列，生成第一和第二参照系之间的变换。图1还包括步骤170，在步骤170中，随后使用来自外部定位设备100的位置数据、来自机载传感器111的方位数据以及在步骤160中生成的变换通过变换来跟踪设备的位置和方位。
参考图1以及本说明书通篇其他地方公开的方法，可以至少部分地由执行存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质上的指令的一个或多个处理器来执行。例如，步骤140-170可以由物体110、一组外部定位设备100或可选的服务器190上的处理器来执行。组合系统180的每个元件，包括可选的服务器，可以通过无线网络进行通信，该无线网络可以包括互联网和许多其他中间设备。执行步骤140-170以及提供引导用户通过定向序列(例如在步骤120中)的指令所必需的指令可以包括存储在组合系统108可访问的各种计算机可读介质中的可执行指令。例如，执行步骤130的指令可以完全位于物体110上的存储器中，而执行步骤140所需的指令可以分布在该组外部定位设备中。此处提到的指令指的是计算机可读指令，例如用计算机代码编写的指令，因此不应该与步骤120中提供的指令相混淆，步骤120中提供的指令是人类可感知的指令，用于物理地改变物体110的位置。
可以通过各种介质和介质的各种组合来提供根据定向序列在一系列方位中定向物体的指令。指令可以向用户传达定向序列。指令还可以包括关于每个方位应该保持的所需持续时间的指示、确认物体当前在序列中的一个方位上被定向的请求、哪个点或外部定位设备与序列中的每个方位相关联的标识、以及物体被朝一个点定向意味着什么的定义。然而，上面提到的指令的某些方面可能未明确地提供，因为可以从上下文中固有地理解。例如，如果物体是指向设备，则固有的是，将设备指向目标是用于将物体朝向目标定向，而不需要定义将物体朝一个位置定向意味着什么的明确指令。
根据定向序列提供将物体朝向一组外部定位设备定向的指令可以包括根据定向序列产生一组人类可感知的信号。人类可感知的信号可以是听觉或视觉信号。该系统可以配置成提供指令，以在定向序列中将物体朝向设定点定向。例如，设置在物体、外部定位设备或其他装置上的扬声器或显示器可以提供诸如“将物体指向天花板中心”或“将物体朝向烟雾报警器定向”的指令。另一个设备可以是智能手机或安装了用于执行该过程的软件的其他个人用户设备。
当这些点是外部定位设备时，该组外部定位设备可以配置成提供指令以将物体朝向该组外部定位设备定向。这可以通过生成人类可感知的信号来完成，该信号区分当前应该是目标的外部定位设备。人类可感知的信号可以在外部定位设备上以电子方式生成。例如，该组外部定位设备可以包括灯或集成显示器，以提供闪烁灯或显示器上呈现的信息形式的符号。信息可以包括呈现在显示器上的基本文本，如“现在指向这里”。作为另一个实例，该组外部定位设备可以包括扬声器，该扬声器将产生蜂鸣声或语音指令，以在生成听觉信号的设备处定向物体。人类可感知的信号也可以永久显示在外部定位设备上。例如，序列号或符号可以显示在外部定位设备的外表面上，以区别于该组中的其他设备。
指令既可以识别点，也可以识别点在序列中的顺序。然而，点的身份和点在序列中的顺序可以通过单独的介质来提供。例如，尽管在外部定位设备上呈现的符号可以固有地识别定向序列的顺序，例如在为连续阿拉伯数字的情况下，但是其可以简单地是不同于一组符号的其它符号，使得实际序列需要通过一些其他介质来提供。在这种情况下，系统中的物体或另一个设备可以配置成提供关于定向序列的顺序的指令。例如，物体或其他外部设备可以包括扬声器，指示用户将物体定向在显示特定符号的定位设备上，例如“现在用红光指向设备”或“现在指向设备2”。作为另一个实例，物体或其他外部设备可以包括显示器，该显示器将呈现与定向序列中的下一个设备所呈现的符号相匹配的符号。例如，该物体可以在显示器上呈现红色圆圈的图像，并且该图像可以暗示其外表面上压印有红色圆圈的外部定位设备。该信息可以替代地由另一个外部设备提供。
在具体的方法中，序列中的点的顺序和身份都可以由物体提供。在这些情况下，可以使用不依赖于对齐参照系的物体定向位置的粗略近似来生成指令。例如，物体可以包括带有箭头的显示器，该箭头引导用户将物体定向在给定的方向上，从该方向上用户最终能够直观地知道定向序列暗示哪个点，并在该点上归零以进行测量。
在具体的方法中，定向序列中的点将被集成到日用设备中，如灯泡、电视、恒温器等。这些设备可受系统控制。这些设备可包括用于跟踪物体的内置外部定位设备。在这些方法中，设备的主要功能或特征可用于为定向序列提供指令。例如，与灯集成的外部定位设备可以通过闪烁来指示其是定向序列中的下一个，恒温器可以使其显示器闪烁，带有扬声器或电铃的设备可以发出蜂鸣声，几乎任何电子设备都可以开关。本质上，与设备相关联的任何功能都可以被重新调整用途，以吸引能够将物体朝向设备定向的用户的注意。
如参考图1所述，指令的提供可以由用户预先或在定向序列的整个执行过程中进行。换句话说，当物体在序列中的不同方位之间转移时，可以逐步提供指令。为序列中的每个步骤提供指令的步骤可以通过接收某种形式的确认来选通，该确认是设备已经根据序列中的步骤被定向和/或系统已经成功地获得测量值。从外部定位设备和每个方位的机载传感器获取数据可以与该选通相结合，因为数据的收集可以是发出确认的先决条件，或者本身可以由确认触发。
在具体实施例中，物体将包括用于接收用户输入的用户界面，该用户输入确认物体根据定向序列中的当前点被定向。用户界面可以是用于接收来自用户的语音命令输入的麦克风、用于接收来自用户的触摸命令输入的触摸屏、手势识别界面或任何其他类型的用户界面。在接收到用户输入后，物体或系统的其他部分可以随后产生物体按照期望被定向的确认。响应于该确认，系统中的传感器可以捕捉与当前方位相关联的数据，并且系统可以随后发出下一个指令。
在具体实施例中，该确认可以由物体自动生成。例如，运动传感器可以区分从恒定位置的扫过运动，以指示用户首先移动物体，然后在特定方向上保持物体稳定。这些方法有益地应用于物体已经使用加速度计或IMU测量其方位的情况，该加速度计或IMU能够区分运动和静态相位。当IMU的间歇静态相位在正常工作中通常不频繁时，这些方法特别有吸引力。然而，如果静态相位频繁，则通过为生成指向确认设置更高的静态持续时间阈值，消除模糊性仍然是可能的。
可以将上述过程的多种组合进行组合，以通过接收物体已经被放置在特定方位的确认来选通收集测量值和提供指令。为了解释的目的，图2和图3按时间顺序示出了涉及这些方法的组合的两个具体实现方式。每一个图在t0、t1、t2和t3四个时间点示出了一个具体的系统，以示出接收到关于设备方位的确认如何能够选通收集测量值和提供指令。
图2示出了两个外部定位设备201和202，每个外部定位设备都包括LED，以指示哪个外部定位设备在定向序列中定义当前方位。在时间t0，物体110根据航向210定向，并且指向外部定位设备201。在从时间t1到时间t2的转变过程中，以设备201上的LED关闭和设备202上的LED打开的形式向用户提供附加指令。在到时间t2的转变过程中，用户通过沿着路径220扫过物体来响应指令，并使物体在航向230上停止。在这个该航向上，物体指向外部定位设备202。以这种方式，已经向用户指示了进行定向序列中的下一步。
在图2的方法中，在物体110上生成确认，并且通过感测物体何时保持在固定位置来自动检测确认。在从时间t2到t3的转变过程中，物体110将生成确认，即其已经根据定向序列中的下一个方位定向。在图示的情况下，物体110包括检测扫过拱形220的指令，然后确定物体110保持在固定的航向以自动生成确认。这样，在时间t3，由物体110和外部定位设备201和202进行测量，以最终获得与这些传感器相关联的第一和第二参照系中的航向值。如图所示，由物体110生成的测量值，连同已经进行测量的确认，可以在广播240中从设备110无线传输。外部定位设备可以生成类似的确认，以指示已经获得了物体110的位置值。然后，这两个广播可以用于触发系统发出下一个指令，并在所示状态的另一轮中循环返回，其中航向230代替航向210，设备202代替设备201。
图3示出了两个外部定位设备301和302，每个外部定位设备301和302都包括唯一的符号来区分一个外部定位设备和另一个外部定位设备。符号可以通过设备外表面上的显示器提供，或者永久标记在外部定位设备的外表面上。如图所示，设备301显示星形，设备302显示圆形。在时间t0，根据航向310直接在外部定位设备301上定向物体110。在转变到时间t1时，以听觉指令320的形式向用户提供附加指令。听觉指令可以由物体上的扬声器、一个或所有外部定位设备上的扬声器或者另一个设备上的扬声器来提供。在转变到时间t2时，用户通过移动物体以与航向330对齐来响应指令，使得其直接指向外部定位设备302。
在图3的方法中，响应于用户向用户界面提供触摸输入，在物体110上生成确认。所示情况下的用户界面设备是呈现在物体上的触摸屏上的按钮340。在转变到时间t3时，物体110将生成确认，即其已经根据定向序列中的下一个方位定向。在图示的情况下，物体110包括呈现按钮340和当在该按钮上接收到输入时生成确认的指令。这样，在时间t3，由物体110和外部定位设备301和302进行测量，以最终获得与这些传感器相关联的第一和第二参照系中的航向值。如图所示，由物体110生成的测量值，连同已经进行测量的确认，可以在广播350中从设备110无线传输。外部定位设备可以生成类似的确认，以指示已经获得了物体110的位置值。然后，这两个广播可用于触发系统发出下一个指令，并通过所示状态的另一轮循环返回，其中航向330代替航向310，设备302代替设备301。
每次确认后，第一和第二参照系中传感器的测量值可保存在数据库中。数据库可以分布在整个系统中，例如在外部定位设备上和位于物体上的存储器上。数据库也可以定位在例如外部服务器上或物体上的存储器上。然后可以使用测量值来导出第一和第二参照系中的航向值。推导同样可以以分布式方式或在单个位置进行。例如，导出航向所需的所有数据可以被发送到外部服务器，或者物体可以确定第二参照系中的航向并将其传输到外部服务器，同时外部定位设备将位置值传输到该外部服务器以导出第一参照系中的航向。
图4示出了一种具体的方法，该方法可用于执行图1中步骤130的具体实施例。图4包括物理参照系400，其可以由物体402配置成在其内操作的房间的尺寸来定义。图4示出了如何在由物体402上的机载传感器定义的第二参照系410中测量和捕捉物体402的航向值。在根据图4的实施例中，如步骤130中那样获得第二参照系中物体的航向值序列中的每个航向值包括使用机载传感器获得物体402的物理方位矩阵Qb(t)并计算相关的航向方向。因为在图示的情况下，物体是具有在主体参照系中由e1＝[1 0 0]T定义的航向的指示设备，将该向量乘以Qb(t)得到期望的框架中的航向。注意，这个操作简单地对应于提取Qb(t)的第一列。因此，为定向序列中的每个方位选择该值将为该方位提供相应的航向hi。其中i是定义定向序列中相应定向顺序的索引。只要系统对被跟踪的物体有预编程的理解，就可以使用类似的方法，使得系统可以从物体的物理方位向量中直观地知道物体的航向。
在图示的情况下，物体402朝向用作外部定位设备的壁挂式信标401定向。该设备沿着航向403定向。根据本公开的具体实施例，将在第一参照系和第二参照系中捕捉航向403，以便生成两个参照系之间的变换。如图所示，物体402是指示设备，并且包括机载传感器，以跟踪设备随着时间的方位Qb(t)。因此，可以通过计算h＝Qb(t)e1从方位获得航向。该计算本质上提取了方向矩阵的第一列向量，并且可以在设备402上的处理器执行。方位的测量和航向值的推导可以重复多次，以形成航向矩阵H＝[h1 h2…hN]形式的测量值序列，其中N是定向序列中的方位数。如下所述，这些值随后可用于生成两个参照系之间的变换。
图5示出了可用于执行图1中步骤140和150的具体实施例的方法。图5包括与图4中相同的物理参照系400。此外，图5示出了如何在由该组外部定位设备501定义的第一参照系510中测量和捕捉物体402的航向值。在根据图5的实施例中，如步骤150中那样获得第一参照系中的物体的航向值序列中的每个航向值包括多个子步骤。首先，该过程需要在第一参照系中获得外部定位设备ri的位置值序列。位置值序列将指示外部定位设备的位置，该外部定位设备将被用作航向(诸如航向403)的目标。换句话说，序列中的每个条目将是外部定位设备的位置，当进行测量时，物体应该朝向该位置。该过程还包括在第一参照系中确定从物体的位置值pb(t)到当前目标外部定位设备ri的位置的向量序列。物体的位置值可以是每次生成物体根据定向序列中的下一个元素被定向的确认时由外部定位设备测量的值。该过程还包括确定向量的方向。这可以使用方程di＝(ri-pb(t))/||(ri-pb(t))||2.进行。如此计算的方向值将是计算两个参照系之间的变换所需的第一个参照系中的航向值。位置的测量和航向值的推导可以重复多次，以形成航向矩阵D＝[d1 d2…dN]形式的测量值序列，其中N是定向序列中的方位数。如下所述，这些值随后可用于生成两个参照系之间的变换。
根据图4和图5中公开的具体实施例，两个航向值序列(一个在第一参照系中，一个在第二参照系中)包括由外部定位设备获得的方向矩阵D和由物体上的机载传感器获得的航向矩阵H。矩阵构成为：D＝[d1 d2...dN]和H＝[h1 h2...hN]，其中N是定向序列中的点数(本例中是外部定位设备的数量)。这些组航向可用于导出第一和第二参照系之间的转换。特别地，参考在步骤160中生成的变换，航向值序列可以用于确定上述矩阵R和M。
寻找矩阵的问题可以重新表述为寻找矩阵
Figure BDA0002998715710000111
和
Figure BDA0002998715710000112
使得对于每个i，
Figure BDA0002998715710000113
都尽可能接近0＝[0 0 0]T。例如，最小化算法可以寻求迭代地减小均方误差
Figure BDA0002998715710000114
在另一种方法中，最佳矩阵
Figure BDA0002998715710000115
和
Figure BDA0002998715710000116
的估计可以通过首先计算B＝HDT及其奇异值分解(SVD)B＝USVT来计算，其中U和V是维数为N×N的两个正交矩阵，并且S是维数为N×N的对角矩阵。最佳旋转矩阵和用手习惯矩阵的估计可以由
Figure BDA0002998715710000117
和
Figure BDA0002998715710000118
给出，其中diag(v)是对角线上有v且其他地方为零的矩阵，det(A)是矩阵A的行列式。
在整个公开内容中，第一参照系用于指代其中捕捉了一组外部定位设备的测量值的参照系，而第二参照系用于指代其中捕捉了机载传感器的测量值的参照系。然而，本文公开的方法可广泛应用于涉及在非平行参照系中捕捉数据的传感器的任何系统。此外，第一参照系可以是由外部定位设备进行的一系列无线信号飞行时间分析的动作所定义的惯性参照系，第二参照系可以是以所公开的物体为中心的导航参照系。
在整个公开内容中，周期性地使用了遥控器的实例作为可以受益于本文公开的方法的系统的实例。然而，该方法更广泛地适用于必须在物理空间中跟踪的各种各样的物体，在物理空间中，关于物体的测量是在不同的参照系中获得的。从本文公开的方法受益最大的方法类别包括高精度传感器不可获得或在商业上不可行的方法，以及不能很容易地从物体的运动中导出设备的航行的方法。此外，设备是定点设备的方法有利于本文公开的一些实施例，因为从用户的角度来看，物体朝向外部定位设备或其他物体的定向是直观的，并且不需要进行教导或帮助。
如果高精度传感器可用，则一种不需要生成变换的替代方法是在平行框架中测量物体的位置和方位。这可能包括为物体和外部定位设备配备高精度传感器，以检测重力加速度和磁北极的方向。如果两组传感器充分对齐和校准，使得参照系平行，则不需要对齐从其获得的任何测量值。此外，如果有高精度加速度计，则可以直接从机载加速度计确定设备的位置，并且可以在同一参照系中确定方位和位置。加速度计数据可以通过旋转获得适当的加速度，然后减去重力并积分两次来导出位置数据。然而，遗憾的是，这种方法非常依赖于噪声。加速度计值或当前方位估计中的小误差会传播双重积分，这使得输出位置不可用。就消费电子产品而言，这两种方法可能都不可行，因为传感器精度往往与传感器成本正相关。
如果航向可以从位置推导出来，一种不需要生成变换的替代方法是用从位置推导出航向所需的信息对系统进行预编程。这些类型的方法用于车辆导航。由于车辆趋向于向前移动，所以可以通过跟踪车辆位置的变化来获得航向。然而，在手持设备或任何方位和速度分离的设备的情况下，这些种类的捷径不可用。
本文公开的许多方法有益地应用于具有只能测量位置的第一子系统和只能测量方位的第二子系统的系统。然而，其更广泛地适用，因为变换可以提供对由第一子系统获得的方位信息和/或由第二子系统获得的位置信息的双重检查。此外，其更广泛地适用于任何一个子系统都可以进行两种测量的系统，但只能偶尔进行，或者具有周期性不足或不可靠的精度和精确度。
虽然已经针对本发明的具体实施例详细描述了说明书，但是应当理解，本领域技术人员在理解了前述内容后，可以容易地想到这些实施例的变更、变化和等同物。例如，本公开使用一组外部定位设备和一个机载传感器作为两组用于跟踪物体的传感器的实例。然而，本文公开的具体实施例可更广泛地应用于例如具有两组外部传感器的系统，该两组外部传感器的测量是在不同的非平行参照系中进行的。作为另一个实例，不同组的外部传感器可以在不同的参照系中测量方位和位置，使得本发明可以在被跟踪的设备上没有机载传感器的情况下应用。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行这些和其他修改和变化，本发明的范围在所附权利要求中更具体地阐述。

Claims (32)

1.一种跟踪物体的方位和物理位置的方法，所述方法包括：
提供指令以将物体朝向定向序列中的一组点定向，其中所述一组点具有定位系统已知的位置，并且其中所述定位系统包括一个或多个外部定位设备；
根据所述定向序列并使用机载传感器，获得第二参照系中的所述物体的航向值序列；
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的所述物体的位置值序列；
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列；以及
使用所述第一参照系中的所述物体的航向值序列和所述第二参照系中的所述物体的航向值序列，生成所述第一参照系和第二参照系之间的变换；
其中导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列：
(i)包括根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的用于所述外部定位设备的位置值序列；并且
(ii)使用所述第一参照系中的用于所述物体的位置值序列和所述第一参照系中的用于所述外部定位设备的所述位置值序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述一组点包括所述外部定位设备中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
使用来自所述一个或多个外部定位设备的位置数据、来自所述机载传感器的方位数据和所述变换来跟踪所述物体。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，提供指令以将所述物体朝向所述序列中的所述一个或多个外部定位设备定向包括：
根据所述定向序列，生成人类可感知信号序列；
根据所述定向序列，接收确认序列；并且
其中，所述生成人类可感知信号序列通过接收所述确认序列来选通。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述生成人类可感知信号序列在所述一个或多个外部定位设备上以电子方式进行；
所述人类可感知信号序列中的人类可感知信号是听觉信号和视觉信号之一；并且
响应于所述物体接收到的用户输入，在所述物体上生成所述确认序列中的确认。
6.根据权利要求4所述的方法，其中：
响应于所述机载传感器检测到所述物体已经移动然后保持静止，在所述物体上自动生成所述确认序列中的每个确认。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，提供指令以将所述物体朝向所述一个或多个外部定位设备定向，包括：
在所述一个或多个外部定位设备中的每个外部定位设备的外表面上显示一组符号中的不同符号；并且
其中所述一组符号指示所述定向序列。
8.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述第一参照系是惯性参照系；
所述一个或多个外部定位设备使用一系列无线信号飞行时间分析来获得所述第一参照系中的所述物体的位置值序列；
所述第二参照系是导航参照系；
所述物体上的所述机载传感器使用以下中的至少一个获得所述第二参照系中的所述物体的航向值序列：(i)测量磁北的磁力计；和(ii)测量重力方向的陀螺仪。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，获得所述第二参照系中的所述物体的所述航向值序列中的每个航向值包括：
使用所述机载传感器测量所述物体的物理方位向量；以及
使用所述物体的物理方位向量和预编程知识来直观化所述物体的航向。
10.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述一个或多个外部定位设备各自包括用于与其他外部定位设备和所述物体通信的无线发射器；
所述物体是遥控器；并且
所述物体的航向值是所述遥控器的指向方向。
11.一种跟踪物体的方位和物理位置的系统，所述系统包括：
物体；
所述物体上的机载传感器；
具有一个或多个外部定位设备的定位系统；
具有所述定位系统已知的位置的一组点；
其中，所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令以将所述物体朝向定向序列中的所述一组点定向；以及
一个或多个计算机可读介质，存储有指令以：
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的所述物体的位置值序列；
根据所述定向序列并使用所述机载传感器，获得第二参照系中的所述物体的航向值序列；
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列；以及
使用所述第一参照系中的所述物体的航向值序列和所述第二参照系中的航向值序列来生成所述第一参照系和第二参照系之间的变换；
其中导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列：
(i)包括根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的用于所述外部定位设备的位置值序列；并且
(ii)使用所述第一参照系中的用于所述物体的位置值序列和所述第一参照系中的用于所述外部定位设备的所述位置值序列。
12.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述一组点包括所述外部定位设备中的一个或多个。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个计算机可读介质还存储指令以：
使用来自所述一个或多个外部定位设备的位置数据、来自所述机载传感器的方位数据和所述变换来跟踪所述物体。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令，以通过配置成执行以下操作而将所述物体朝向所述序列中的所述一个或多个外部定位设备定向：
根据所述定向序列，生成人类可感知信号序列；
根据所述定向序列，接收确认序列；并且
其中，所述生成人类可感知信号序列通过接收所述确认序列来选通。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：
所述生成所述人类可感知信号序列在所述一个或多个外部定位设备上以电子方式进行；
所述人类可感知信号序列中的人类可感知信号是听觉信号和视觉信号之一；并且
响应于所述物体接收到的用户输入，在所述物体上生成所述确认序列中的确认。
16.根据权利要求14所述的系统，其中：
响应于所述机载传感器检测到所述物体已经移动然后保持静止，在所述物体上自动生成所述确认序列中的每个确认。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令，以通过以下方式将所述物体朝向所述序列中的一个或多个外部定位设备定向：
在所述一个或多个外部定位设备中的每个外部定位设备的外表面上显示一组符号中的不同符号；并且
其中所述一组符号指示所述定向序列。
18.根据权利要求12所述的系统，其中：
所述第一参照系是惯性参照系；
所述一个或多个外部定位设备使用一系列无线信号飞行时间分析来获得所述第一参照系中的所述物体的位置值序列；
所述第二参照系是导航参照系；
所述物体上的所述机载传感器使用以下中的至少一个获得所述第二参照系中的所述物体的航向值序列：(i)测量磁北的磁力计；和(ii)测量重力方向的陀螺仪。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，获得所述第二参照系中的所述物体的所述航向值序列中的每个航向值包括：
使用机载传感器测量所述物体的物理方位向量；以及
使用所述物体的物理方位向量和预编程知识来直观化所述物体的航向。
20.根据权利要求12所述的系统，还包括：
一个或多个无线发射器，与所述一个或多个外部定位设备一一对应，其中，所述无线发射器配置成允许所述外部定位设备与其他外部定位设备和所述物体通信；
其中，所述物体是遥控器；并且
其中，所述物体的航向值是所述遥控器的指向方向。
21.一种跟踪物体的方位和物理位置的方法，所述方法包括：
当在物理上将物体朝向第一定位设备定向时，获得：
(i)使用所述第一定位设备和第二定位设备获得第一参照系中的物体的第一位置；以及
(ii)使用所述物体上的传感器获得第二参照系中的所述物体的第一航向；
当在物理上将所述物体朝向所述第二定位设备定向时，获得：
(i)使用所述第一定位设备和所述第二定位设备获得所述第一参照系中的所述物体的第二位置；以及
(ii)使用所述物体上的所述传感器获得所述第二参照系中的所述物体的第二航向；
导出：
(i)使用所述第一参照系中的所述物体的第一位置导出所述第一参照系中的第三航向；以及
(ii)使用所述第一参照系中的所述物体的第二位置导出所述第一参照系中的第四航向；以及
使用所述第一航向、第二航向、第三航向和第四航向生成从所述第一参照系到所述第二参照系的变换。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
使用来自所述第一定位设备和第二定位设备的位置数据、来自所述传感器的方位数据和所述变换来跟踪所述物体。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：
提供指令以将所述物体朝向定向序列中的所述第一定位设备和第二定位设备定向。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，提供指令以将所述物体朝向所述定向序列中的所述第一定位设备和第二定位设备定向包括：
根据所述定向序列，生成人类可感知信号序列；
根据所述定向序列，接收确认序列；并且
其中，所述生成人类可感知信号序列通过接收所述确认序列来选通。
25.一种跟踪物体的方位和物理位置的方法，所述方法包括：
提供指令以将物体朝向定向序列中的一组点定向，其中所述一组点具有定位系统已知的位置，并且其中所述定位系统包括一个或多个外部定位设备；
根据所述定向序列并使用机载传感器，获得第二参照系中的所述物体的航向值序列；
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的所述物体的位置值序列；
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列；以及
使用所述第一参照系中的所述物体的航向值序列和所述第二参照系中的所述物体的航向值序列，生成所述第一参照系和第二参照系之间的变换；
其中：
所述一组点包括所述外部定位设备中的一个或多个；并且
提供指令以将所述物体朝向所述序列中的一个或多个外部定位设备定向，包括：
根据所述定向序列，生成人类可感知信号序列；
根据所述定向序列，接收确认序列；并且
其中，所述生成人类可感知信号序列通过接收所述确认序列来选通。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列包括：
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得所述第一参照系中的所述外部定位设备的位置值序列。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列和所述第一参照系中的所述外部定位设备的位置值序列来导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列。
28.一种跟踪物体的方位和物理位置的方法，所述方法包括：
提供指令以将物体朝向定向序列中的一组点定向，其中所述一组点具有定位系统已知的位置，并且其中所述定位系统包括一个或多个外部定位设备；
根据所述定向序列并使用机载传感器，获得第二参照系中的所述物体的航向值序列；
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的所述物体的位置值序列；
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列；以及
使用所述第一参照系中的所述物体的航向值序列和所述第二参照系中的所述物体的航向值序列，生成所述第一参照系和第二参照系之间的变换；
其中：
所述一组点包括所述外部定位设备中的一个或多个；并且
提供指令以将所述物体朝向所述一个或多个外部定位设备定向，包括：
在所述一个或多个外部定位设备中的每个外部定位设备的外表面上显示一组符号中的不同符号；并且
其中所述一组符号指示所述定向序列。
29.一种跟踪物体的方位和物理位置的系统，所述系统包括：
物体；
所述物体上的机载传感器；
具有一个或多个外部定位设备的定位系统；
具有所述定位系统已知的位置的一组点；
其中，所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令以将所述物体朝向定向序列中的所述一组点定向；以及
一个或多个计算机可读介质，存储有指令以：
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的所述物体的位置值序列；
根据所述定向序列并使用所述机载传感器，获得第二参照系中的所述物体的航向值序列；
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列；以及
使用所述第一参照系中的所述物体的航向值序列和所述第二参照系中的航向值序列来生成所述第一参照系和第二参照系之间的变换；
其中：
所述一组点包括所述外部定位设备中的一个或多个；并且
所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令，以通过配置成执行以下操作而将所述物体朝向所述序列中的所述一个或多个外部定位设备定向：
根据所述定向序列，生成人类可感知信号序列；并且
根据所述定向序列，接收确认序列；
其中，所述生成人类可感知信号序列通过接收所述确认序列来选通。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列包括：
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得所述第一参照系中的所述外部定位设备的位置值序列。
31.根据权利要求30所述的系统，其中：
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列和所述第一参照系中的所述外部定位设备的位置值序列来导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列。
32.一种跟踪物体的方位和物理位置的系统，所述系统包括：
物体；
所述物体上的机载传感器；
具有一个或多个外部定位设备的定位系统；
具有所述定位系统已知的位置的一组点；
其中，所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令以将所述物体朝向定向序列中的所述一组点定向；以及
一个或多个计算机可读介质，存储有指令以：
根据所述定向序列并使用所述一个或多个外部定位设备，获得第一参照系中的所述物体的位置值序列；
根据所述定向序列并使用所述机载传感器，获得第二参照系中的所述物体的航向值序列；
使用所述第一参照系中的所述物体的位置值序列，导出所述第一参照系中的所述物体的航向值序列；以及
使用所述第一参照系中的所述物体的航向值序列和所述第二参照系中的航向值序列来生成所述第一参照系和第二参照系之间的变换；
其中：
所述一组点包括所述外部定位设备中一个或多个；并且
所述一个或多个外部定位设备配置成提供指令，以通过以下操作而将所述物体朝向所述序列中的所述一个或多个外部定位设备定向：
在所述一个或多个外部定位设备中的每个外部定位设备的外表面上显示一组符号中的不同符号；并且
其中所述一组符号指示所述定向序列。
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