CN101726294A - 定位的方法和*** - Google Patents

Abstract

一种定位***，所述***包括：光学组件，用于对准需要测量的目标；目标标定装置，用于记录所述目标的方位角数据；加速度传感器，用于记录加速度数据；数据处理单元，用于处理所述加速度数据和所述方位角数据以及确定所述目标的位置。

Description

定位的方法和***

技术领域

本公开内容一般性地涉及定位的方法和***。

背景技术

传统的定位、导航基本依赖于天文学方法和GPS***，测距方式则主要是利用视差和激光测距。然而，由于传统的视差测距***以及陀螺仪***难以小型化，因此不能应用于个人应用。并且激光测距方式需要向目标发射激光脉冲，而易被探测到，因此并不适用于需要隐蔽的情况。

公开内容

本公开内容一方面提供了一种定位方法，所述方法包括下列步骤：记录目标的方位角数据；记录加速度数据，以及基于所述目标的方位角数据和所述加速度数据确定所述目标的位置。

本公开内容的另一方面提供了一种定位***，所述***包括：光学组件，用于对准需要测量的目标；目标标定装置，用于记录所述目标的方位角数据；加速度传感器，用于记录加速度数据；数据处理单元，用于处理所述加速度数据和所述方位角数据以及确定所述目标的位置。

上述内容是概要，并且因此不可避免地包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域的普通技术人员将理解该概要仅是说明性的，并不意在以任何方式限制。在这里阐明的教导中，在此描述的这些设备和/或过程和/或其他主题的其他方面、特征和优点将变得显而易见。提供该概要以介绍简化形式的概念选择，下面在具体实施方式中会进一步描述该概念选择。该概要并不意在识别所请求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在被用作辅助确定所请求保护主题的范围。

附图说明

结合附图，由下面的描述以及所附的权利要求，本公开的上述以及其他特征将变得更完全显而易见。理解到这些附图仅图示了根据本公开的几个实施方案，并且因此并不被认为限制其范围，所以将通过使用附图利用附加特征和细节描述本公开。

图1是根据本公开内容的一个实施方案的定位***的示意方框图；

图2是根据本公开内容的一个实施方案的定位方法的流程图；

图3是根据本公开内容的一个实施方案的几何关系示意图；

图4是根据本公开内容的另一个实施方案的定位方法的流程图；以及

图5是根据本公开内容的另一个实施方案的几何关系示意图。

具体实施方式

在下文的详细描述中，将参照形成本说明书的一部分的附图。在附图中，相似的附图标记通常指代相似的部件，除非上下文中另行指出。在详细说明书、附图和权利要求书中所描述的示意性实施例并不意在限制。在不偏离在此展现的主体的精神和范围的情况下，可以采用其他实施例，并且可以进行其他变化。易于理解的是，在此所大致描述的以及附图中所图示的本公开内容的各方面可以在宽泛的配置变化中进行排列、替换、组合、分拆和设计，所有这些均被明确考虑于此。图1是根据本公开内容的一个实施方案的定位***100的示意方框图。如图1所示，该***100包括光学组件102、目标标定装置104、加速度传感器106、数据处理单元108以及数据清除装置110。其中所述光学组件102举例可以是望远镜组件。所述光学组件102可以带有方位角刻度线，用于对准需要测量的目标，并记录该目标的方位角。当通过光学组件102对准需要测量的目标时，启动目标标定装置104，以标定位于光学组件视野中心的目标，记录其当前时刻的方位角。目标标定装置104和测角刻度线可以构造为光学组件102的一部分，也可以是独立于光学组件102之外的装置。当启动目标标定装置104时，根据对应的方位角刻度线相应的方位角数据被传送给数据处理单元108。加速度传感器106举例而言可以采用加速度传感器阵列，用于采集并记录加速度数据。所述加速度数据可以是三维(3D)加速度数据。加速度传感器106可以为多自由度加速度传感器，其不仅可以采集三维加速度数据，还可以基于所采集的三维加速度数据得出角度变化量，该角度变化量为两次测定方位角的差。还可在光学组件102之中或之外包括电子或磁罗盘***或者高程测量***(未示出)，以辅助记录角度变化量，从而提高测量的精度。数据处理单元108用于存储和处理来自加速度传感器106或电子或磁罗盘***的加速度数据及角度变化量，以及来自所述目标标定装置104的所述方位角数据。数据清除装置110用于清除此前记录的数据，该装置可以是数据清除按钮，启动数据清除装置110，则将清除数据的指令发送给数据处理单元108。随后数据处理单元108将该***100中的预定数据集合或所有数据清除。数据处理单元108可以包括用于起控制及运算作用的CPU及存储器。在数据处理单元108之外也可以设置单独的存储器，用于存储数据。数据处理单元108可以包括一个或多个CPU及一个或多个存储器。

图2是根据本公开内容的一个实施方案的定位方法的流程图。在步骤202，在第一位置A使用光学组件102对准要测量的目标C，此时启动目标标定装置104，***100的数据处理单元108从目标标定装置104接收目标标定指令，并根据目标对应的方位角刻度获得当前时刻的第一方位角θ₁，并将该第一方位角θ₁存储在数据处理单元108中，也可以存储在单独的存储器中。之后数据处理单元108控制加速度传感器106记录从该刻(T1时刻)开始的该***100的加速度数据a。在步骤204，所述***100移动到第二位置B。在步骤206，再次使用光学组件102对准所述目标C并再次启动目标标定装置104，数据处理单元108从目标标定装置104接收目标标定指令，并根据目标对应的方位角刻度获得当前时刻T2的第二方位角θ₂，并将该第二方位角θ₂存储在数据处理单元108中。同样地，也可以存储在单独的存储器中。同时，数据处理单元108控制加速度传感器106从此时T2停止记录所述加速度数据a。在步骤208，数据处理单元108对来自加速度传感器106(以及/或者可选地电或磁罗盘***)的所有加速度数据a进行分析运算。这些加速度数据a可以是三维加速度数据。将加速度数据a通过两次积分(积分一次可得速度v，积分两次可得在积分时间间隔T1到T2中的位移S)，可以得到从T1时刻到T2时刻的在水平和垂直方向上位移S_x、S_y，从而得到第一位置A到第二位置B之间的距离S和方向θ。

$\mathrm{\θ}=|{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1|,S_x={\∫}_{T1}^{T2}{\∫}_{T1}^{T2}{a}_x\mathrm{dtdt},$ $S_y={\∫}_{T1}^{T2}{\∫}_{T1}^{T2}{a}_y\mathrm{dtdt},\stackrel{\→}{S}=\stackrel{\→}{S_x}+\stackrel{\→}{S_y}.$

在步骤210，基于所述第一方位角θ₁、第二方位角θ₂以及第一位置A到第二位置B之间的距离S和方向θ，如图3所示，由三角形的几何关系计算得出第一位置A到目标C的距离S₁以及第二位置B到目标C的距离S₂，从而实现对目标C的定位。

图3是根据本公开内容的一个实施方案的几何关系示意图。其中记录所述方位角刻度线以正北为0度，顺时针递增的角度描述***。如方位角90度对应正东。如图3所示，为了便于描述，第一位置A到第二位置B之间的方向θ是90度。根据上述步骤获得点A和点C之间的距离S₁以及点B和点C之间的距离S₂就可实现对点C的定位。举例来说，假设第一方位角θ₁是30度，第二方位角θ₂是150度，点A到点B的距离S是1000米，那么根据下列公式

$S_1^2=S^2+S_2^3-2{\mathrm{SS}}_2\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_2)$

以及 $S_1\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_1)=S_2\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_2)$

可计算出S₁和S₂分别是1000米。因此，目标C位于距A点1000米并且距B点也是1000米的位置(所举例子的角度比较特殊)。

在完成上述操作后，可启动数据清除装置110来清除数据，以开始新的定位操作。而且，***100还可继续移动至下一个观测位置，进行多次测量以便达到更高的精确度。在此情况下的操作方法的流程图示于图4中。在步骤402，在第一位置A使用光学组件102对准要测量的目标C，此时启动目标标定装置104，***100的数据处理单元108从目标标定装置104接收目标标定指令，并根据目标对应的方位角刻度获得当前时刻的第一方位角θ₁，并将该第一方位角θ₁存储在数据处理单元108中或单独的存储器中。并且此时数据处理单元108控制加速度传感器106记录从该刻(T1时刻)开始的该***100的加速度数据a。在步骤404，所述***100移动到第二位置B。在步骤406，再次使用光学组件102对准所述目标C并再次启动目标标定装置104，数据处理单元108从目标标定装置104接收目标标定指令，并根据目标对应的方位角刻度获得当前时刻T2的第二方位角θ₂，并将该第二方位角θ₂存储在数据处理单元108中或单独的存储器中。在步骤408，所述***100移动到第三位置B1。在步骤410，再次使用光学组件102对准所述目标C并再次启动目标标定装置104，数据处理单元108从目标标定装置104接收目标标定指令，并根据目标对应的方位角刻度获得当前时刻T3的第三方位角θ₃，并将该第三方位角θ₃存储在数据处理单元108中或单独的存储器中。同时，数据处理单元108控制加速度传感器106从此时T3停止记录所述加速度数据a。在步骤412，数据处理单元108对来自加速度传感器106(以及/或者可选地电或磁罗盘***)的所有加速度数据a进行分析运算。将加速度数据a通过两次积分，可以得到从T1时刻到T2时刻的在水平和垂直方向上位移S_x、S_y，从而得到第一位置A到第二位置B之间的距离S和方向θ，并得到从T2时刻到T3时刻的在水平和垂直方向上位移S′_x、S′_y，从而得到第二位置B到第三位置B1之间的距离S’和方向θ’。

$\mathrm{\θ}=|{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1|,S_x={\∫}_{T1}^{T2}{\∫}_{T1}^{T2}{a}_x\mathrm{dtdt},$ $S_y={\∫}_{T1}^{T2}{\∫}_{T1}^{T2}{a}_y\mathrm{dtdt},\stackrel{\→}{S}=\stackrel{\→}{S_x}+\stackrel{\→}{S_y},$

${\mathrm{\θ}}^{\′}=|{\mathrm{\θ}}_3-{\mathrm{\θ}}_2|,S_x^{\′}={\∫}_{T2}^{T3}{\∫}_{T2}^{T3}{a}_x\mathrm{dtdt},$ $S_y^{\′}={\∫}_{T2}^{T3}{\∫}_{T2}^{T3}{a}_y\mathrm{dtdt},\stackrel{\→}{S^{\′}}=\stackrel{\→}{S_x^{\′}}+\stackrel{\→}{S_y^{\′}}.$

在步骤414，基于所述第一方位角θ₁、第二方位角θ₂、第三方位角θ₃以及第一位置到第二位置之间的距离S和方向θ，第二位置B到第三位置B1之间的距离S’和方向θ’，如图5所示，由三角形的几何关系计算得出第一位置A到目标C的距离S₁，第二位置B到目标C的距离S₂以及第三位置B1到目标C的距离S₃，从而实现对目标C的定位。设点A、B、B1、C的坐标分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)(X4，Y4)，因为

和

本身已包含了位移的横纵坐标信息，若以(X1，Y1)为坐标原点，则B、B1的坐标均为已知。根据以上符号说明，则有：

$\left\{\begin{array}{c}y=\cot \left({\mathrm{\θ}}_1\right)(x-X1)+Y1\\ y=\cot \left({\mathrm{\θ}}_2\right)(x-X2)+Y2\end{array}\right.$ 和 $\left\{\begin{array}{c}y=\cot \left({\mathrm{\θ}}_2\right)(x-X2)+Y2\\ y=\cot \left({\mathrm{\θ}}_3\right)(x-X3)+Y3\end{array}\right.,$

解此两方程即可得到两组C点坐标(考虑到可能存在误差)，两者简单加权平均后获得的(X4，Y4)即可认为是目标C的位置。

应当理解，在上述图4所示的另一个实施方案中，可以不利用第二位置B到第三位置B1之间的距离S’和方向θ’，而利用第一位置A到第三位置B1之间的距离。通过类似的几何计算方法，同样可以实现对目标C的定位。还应当理解的是，根据需要，完全可以对目标进行更多次的标定，并通过类似的计算方法，实现对目标的定位。

根据本公开内容，还可通过对显著地标的观测来实现对***100自身的定位，具体地，显著地标分别在已知位置的第一位置A和已知位置的第二位置B，***100则在所述目标C的位置，执行上述图2中所示操作即可实现对***100自身的定位，之后可随时测量任意未知位置的目标，并在地图上进行标注。

尽管已经参照本公开内容的特定实施方案显示并描述了本公开内容，但是本领域的普通技术人员将理解，在不偏离本公开内容的精神和范围的情况下，可以在其中进行前述以及其它形式和细节变化，包括但不限于添加、减少或修改元件或以等同物进行替代，和/或添加、减少或修改以相同或不同顺序执行的步骤。

这些***的各个方面的硬件和软件实现之间的区别很少；使用硬件或软件通常(但并不总是，因为在特定环境中在硬件和软件之间选择可以很重要)是表示成本相对于效率折衷的设计选择。现有各种工具，由此可以实现在此描述的过程和/或***和/或其他技术(例如，硬件、软件和/或固件)，并且优选工具将随配置过程和/或***和/或其他技术的环境而变化。例如，如果实施者确定速度和精确度是最重要的，那么实施者可以选择主要的硬件和/或固件工具；如果灵活性是最重要的，那么实施者可以选择主要的软件实现；或者，再次替代地，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的某种组合。

上述详细描述已经通过使用框图、流程图和/或实例阐明了这些设备和/或过程的各种实施方案。在这样的框图、流程图和/或实例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域的普通技术人员将理解，可以单独和/或共同通过各种硬件、软件、固件或实际上其任何组合来实现这样的框图、流程图和/或实例内的每个功能和/或操作。在一个实施方案中，可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其他集成格式实现在此描述的主题的几个部分。然而，本领域的普通技术人员将认识到，在集成电路中可以同等实现全部或部分在此公开的实施方案的一些方面，如运行在一个或多个计算机上的一个或多个计算机程序(例如，如运行在一个或多个计算机***上的一个或多个程序)，如运行在一个或多个处理器上的一个或多个程序(例如，如运行在一个或多个微处理器上的一个或多个程序)，如固件，或如实际上其任何组合，并且认识到根据本公开设计电路和/或写软件和/或固件的代码将完全在本领域的普通技术人员的技能范围之内。另外，本领域的普通技术人员将理解，在此描述的主题机制能够作为各种形式的程序产品被分发，并且可以应用在此描述的主题的说明性实施方案而不管用于实际执行该分发的信号承载介质的特定类型。信号承载介质的例子包括，但不限于下述内容：诸如软盘、硬盘驱动、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等的可记录型介质；以及诸如数字和/或模拟通信介质的传输型介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

本领域的普通技术人员将认识到，以在此阐明的方式描述设备和/或过程，并且此后使用工程实践以将所描述的设备和/或过程集成到数据处理***中，在本领域中是常见的。也就是说，通过合理量的实验可以将在此描述的至少部分设备和/或过程集成到数据处理***中。本领域的普通技术人员将认识到，典型的数据处理***通常包括一个或多个***单元外壳、视频显示设备、诸如易失性和非易失性存储器的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器的处理器、诸如操作***、驱动器、图形用户接口和应用程序的计算实体、诸如触摸板或屏的一个或多个交互设备，和/或包括反馈循环和控制电动机(例如，用于感应位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调节组件和/或数量的控制电动机)的控制***。典型的数据处理***可以利用任何适当的市售组件来实现，诸如通常在数据计算/通信和/或网络计算/通信***中发现的那些组件。

在此描述的主题有时说明了包含在不同其他组件中或连接到不同其他组件的不同组件。应当理解所图示的结构仅是示例性的，并且事实上可以实现获得相同功能的很多其他结构。从概念的意义上说，获得相同功能的任何组件布置都被有效地“关联”，以便获得期望的功能。因此，为获得特定功能而在此组合的任何两个组件都可以看作彼此“关联”，以便获得期望的功能，而不考虑结构或中间组件。同样，如此关联的任何两个组件还可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以获得期望的功能，并且能够如此关联的任何两个组件还可以被视为彼此“可操作可耦合”以获得期望的功能。可操作可耦合的具体例子包括但不限于物理配对和/或物理交互组件和/或无线可交互和/或无线交互组件和/或逻辑交互和/或逻辑可交互组件。

关于在此大量使用任何复数和/或单数术语，本领域的普通技术人员可以适合环境和/或应用而从复数转换到单数和/或从单数转换到复数。为清楚起见，在此明确阐明了各种单数/复数的置换。

本领域的普通技术人员将理解，通常，在此并且尤其在所附的权利要求中(例如，所附权利要求本身)中使用的术语通常希望作为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应当被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应当被解释为“包括但不限于”等)。本领域的普通技术人员还将理解，如果意图是所介绍权利要求记载的具体数量，在该权利要求中将明确记载这样的意图，并且在没有这样的记载的情况下，就不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下面所附的权利要求可以包含使用介绍性的短语“至少一个”和“一个或多个”以介绍权利要求记载。然而，使用这样的短语并不应被解释为暗示，由不定冠词“一(a)”或“一个(an)”介绍权利要求记载将包含这样介绍的权利要求记载的任何特定权利要求限制到仅包含一个这样记载的发明，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一(a)”或“一个(an)”的不定冠词(例如，“一(a)”或“一个(an)”通常应当被解释成意思是“至少一个”或“一个或多个”)；对使用定冠词用于介绍权利要求记载来说也同样成立。另外，即使明确记载了所介绍权利要求记载的具体数量，本领域的普通技术人员仍将认识到，这样的记载通常应当被解释成意思是至少所记载的数量(例如，仅有的记载“两个记载”，没有其他修饰语，通常意思是至少两个记载，或者两个或多个记载)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个，等”的惯用语的那些情况下，这样的解释通常希望是本领域的普通技术人员所理解该惯用语的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的***”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C和/或具有A、B和C等的***)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个，等”的惯用语的那些情况下，这样的解释通常希望是本领域的普通技术人员所理解该惯用语的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的***”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C和/或具有A、B和C等的***)。本领域的普通技术人员还将理解，不管在说明书、权利要求书还是附图中，实际上表示两个或多个替代术语的任何转折词和/或短语都应当被理解成涵盖包括术语中的一个、术语的任何一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解成包括“A”或“B”或者“A和B”的可能性。

尽管在此已经公开了这些实施方案的各个方面，但是其他方面和实施方案对本领域的普通技术人员将显而易见。在此公开的各个方面和实施方案是出于说明的目的，并不意在限制，真正的范围和精神由下面的权利要求来表示。

Claims (9)

1.一种定位方法，所述方法包括下列步骤：

记录目标的方位角数据；

记录加速度数据；

基于所述目标的方位角数据和所述加速度数据确定所述目标的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中记录所述目标的方位角数据还包括下列步骤：

在第一位置记录第一时刻的目标的第一方位角并且开始记录加速度数据；以及

在第二位置记录第二时刻的所述目标的第二方位角并且停止记录所述加速度数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述目标的位置还包括下列步骤：

基于所述第一方位角、第二方位角及加速度数据确定所述目标的位置。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括下列步骤：

积分所述加速度数据，以得到第一位置到第二位置之间的距离和方向；以及

基于所述第一方位角、第二方位角以及第一位置到第二位置之间的距离和方向，计算得出第一位置到目标的距离以及第二位置到目标的距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述加速度数据包括三维加速度数据。

6.一种定位***，所述***包括：

光学组件，用于对准需要测量的目标；

目标标定装置，用于记录所述目标的方位角数据；

加速度传感器，用于记录加速度数据；以及

数据处理单元，用于处理所述加速度数据和所述方位角数据以及确定所述目标的位置。

7.根据权利要求6所述的***，进一步包括数据清除装置，用于清除该***中的数据。

8.根据权利要求6所述的***，进一步包括电子或磁罗盘***和高程测量***。

9.根据权利要求6所述的***，其中所述加速度数据包括三维加速度数据。

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