CN108474848A - 用于移动平台操作的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过检测靠近移动平台的物体来操作移动平台的***及其制造和使用方法。该***包括一个或多个用于测量移动平台和物体之间距离的传感器(如飞行时间传感器和/或超声波传感器)。在沿移动平台的轨迹的位置上取得的多个距离测量值，可以用来通过使用最小二乘法并使用一批距离测量值确定物体的位置。当使用卡尔曼滤波器接收到新距离测量值时也可以实时确定物体的位置。该***和方法可以基于单独缺少方向信息的距离测量值而有利地获取关于物体的方向信息。本***和方法特别地适用于在无人飞行器操作期间进行障碍物检测和躲避。

Description

用于移动平台操作的***和方法
版权声明
本专利文件的部分公开内容包括受版权保护的资料。版权所有人不反对任何人按照其在专利和商标局的专利文件或记录中的形式对本专利文件或专利公开内容进行复制，但在其他方面保留所有版权。
技术领域
本发明的实施例主要涉及移动平台操作，更具体地而非唯一地，涉及在操作期间控制移动平台。
背景技术
自主或自引导障碍物的检测或躲避是移动平台的重要特征。用于障碍物检测的许多现有技术在功能性和成本方面存在缺陷。一些技术可以检测距离信息但不能检测方向信息。例如，超声波相对便宜，并且因为环境光线不干扰超声波感测而可以用于室外成像应用。但是，使用一个超声波换能器传输和检测超声波信号的单元件超声波传感器可以检测距离，而不能检测方向。尽管阵列超声波技术可以用于找回一些方向信息，但阵列超声波传感器的高昂成本对许多应用来说是被限制的。
鉴于上文所述，需要一种克服缺少方向信息的问题的用于移动平台障碍物检测的***和方法。
发明内容
根据本文公开的第一方面，提供一种控制移动平台的方法，所述方法包括：
测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离；和
基于所述测量确定所述物体的位置。
根据本文公开的另一方面，提供一种控制移动平台的***，所述***包括：
一个或多个检测器，被配置为测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离；和
一个或多个处理器，被配置为基于测量的距离确定所述物体的位置。
根据本文公开的另一方面，提供一种移动平台，所述移动平台包括：
一个或多个检测器，被配置为测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和所述物体之间的距离；和
一个或多个处理器，被配置为基于测量的距离确定所述物体的位置。
根据本文公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括：
用于测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离的指令；和
用于基于测量的距离确定所述物体的位置的指令。
附图说明
图1是示出了正在沿与移动平台的环境中的物体相关的轨迹移动的移动平台的实施例的示例图。
图2是示出了图1中的移动平台沿轨迹移动时的位置以及在移动平台移动时所述位置和物体之间的距离的另一示例图。
图3是示出了控制图1中的移动平台的方法的实施例的顶层流程示例图。
图4是示出了图3中的方法的可替代的实施例的流程示例图，其中与移动平台相关的物体的位置基于一批距离测量值被周期性地更新。
图5是示出了图3中的方法的另一个可替代的实施例的流程示例图，其中与移动平台相关的物体的位置在移动平台接收每一个距离测量值时实时地被更新。
图6是示出了用于控制图1中的移动平台的移动平台控制***的实施例的方框示例图。
图7是示出了飞行时间传感器使用图6中的移动平台控制***进行距离测量的实施例的示例图。
图8是示出了超声波传感器使用图6中的移动平台控制***进行距离测量的实施例的示例图。
图9是示出了图6中的移动平台控制***的可替代的实施例的示例图，其中移动平台控制***安装在移动平台上。
图10是示出了图6中的移动平台控制***的另一个可替代的实施例的示例图，其中移动平台控制***位于远离移动平台的终端上。
应当注意的是，附图并未按照比例绘制，且出于说明性目的，所有附图中结构或功能相似的元件一般使用相同的附图标记表示。同样应当注意的是，附图只是用来帮助描述优选实施例。附图并不是用来说明描述的实施例的所有方面并且也不限制本发明的范围。
具体实施方式
本文公开的内容提供了用于控制移动平台以能够获得在移动平台的环境中的物体的方向信息的***，克服了现有技术的缺点。
参见图1，示出了示例性移动平台10沿轨迹20移动(箭头示出)。适用于本***和方法的移动平台10包括，但不限于自行车、汽车、卡车、轮船、船、火车、直升机、飞机及其各种混合形式等。在一些实施例中，移动平台10是无人飞行器(UAV)。无人飞行器，通俗地被称为“无人机”，是机上没有人类飞行员的航空器，它的航行被自动控制或由远程的飞行员控制(或有时两者皆有)。目前无人飞行器越来越多地用于包括各种空中操作(例如数据采集与发送)的民用应用中。本发明的***和方法适用于多种类型的无人飞行器，包括但不限于四旋翼机(也被称为四旋翼直升机或四旋翼)，单旋翼、双旋翼、三旋翼、六旋翼和八旋翼的旋翼无人飞行器，固定翼无人飞行器和旋翼-固定翼混合无人飞行器。尽管仅出于说明性目的，图1中示出了移动平台10为无人飞行器，但是任何移动平台10都可以使用本***和方法。
图1示出了示例性移动平台10包括传感器11。尽管仅出于说明性目的示出了一个传感器11，但是移动平台10可以按需包括任意数量的传感器11，例如：1、2、3、4、5、6个或更多个传感器11。可以在移动平台10上以任何期望的方式设置传感器11，传感器11的具体设置取决于成像应用。传感器11可以有利地轻量化并能进行高频率数据收集以便实时检测和躲避障碍物。适合在移动平台10使用的示例性传感器11包括，但不限于飞行时间传感器、激光传感器、超声波传感器、彩色或单色传感器、光电传感器、热/红外传感器、多光谱成像传感器、分光光度计、分光计、温度计、照明光度计、麦克风等。
图1示出了移动平台10在移动平台10的轨迹20上的***性位置30A、30B和30C。传感器11可以发射能够检测在移动平台10的环境中的物体50的信号40(相对于移动平台10的中间位置30B示出)。具体地，从传感器11发射的信号40可以到达物体50，在物体50上反射，并返回至移动平台10。反射的信号40的检测可以指示移动平台10到物体50的距离。但是，信号40可以从移动平台10向各个方向发送。也就是说，信号40可以从移动平台10各向同性地发送。因此，接收信号40的方向是未知的，从而不能获得方向信息。方向信息的缺失对于控制移动平台10是有问题的。例如，在中间位置30B的移动平台10可以通过信号40感测物体50在附近。但是，没有关于物体50相对于移动平台10的方向的信息，就无法确定是否应该改变轨迹20以躲避碰撞。本***和方法解决了方向信息缺失的问题。
参见图2，示出了移动平台10的示例性轨迹20以说明用于获得物体20的方向信息的本***和方法。轨迹20可以包括移动平台10的多个位置30(以单独位置30A、30B、30C、30D示出)。位置30有各自的坐标其中i是移动平台10的位置30的指示。坐标可以具有基于表示该坐标的坐标系的数值。例如，在笛卡尔坐标系中坐标可以表示为与移动平台10的位置30的x-坐标、y-坐标、z-坐标相对应的有序三元组(xi，yi，zi)。另外的坐标系(例如：圆柱坐标系和球体坐标系)可在本***和方法中根据需要使用而没有任何通用性损失。在一些实施例中，坐标和可以是全局坐标(例如，全球定位***提供的绝对坐标)。在一些实施例中，坐标和可以是相对坐标(例如，相对于移动平台10的初始位置的坐标)。
图2中示出的物体50具有坐标—例如，笛卡尔坐标(x0，y0，z0)。物体50相对于移动平台10的每一个位置30具有距离di。给定物体50的坐标和移动平台10的位置30的坐标每一个距离di被明确定位。例如，通过距离公式可以确定距离di，如下列方程(1)：
也就是说，每一个距离di都是对应的移动平台10的坐标和物体50的坐标的函数。在一些实施例中，在各个位置30可以获取坐标和对应的距离di。物体50的未知坐标是三个独立的变量(例如，笛卡尔坐标中的变量x0，y0，z0)，可以基于位置30处的已知的定量(xi，yi，zi)和di来估算。例如，可以通过求解三个变量x0，y0，z0的线性方程组来执行估算，其中方程的个数N为移动平台10的位置30的个数。在一些实施例中，可以在移动平台10的3个位置30测量距离di以确定物体50的坐标在一些实施例中，可以在移动平台10的3个以上的位置30测量距离di以确定物体50的坐标
在一些实施例中，当计算物体50的位置时，可以排除在移动平台10的特定的位置30处测量的一个或多个距离di。例如，在特定的位置30处测量的距离di可以产生物体50的坐标的退化解并因此不能增加准确性。可以排除在位置30处获得的产生退化解的距离测量值。在一些实施例中，为提高准确性，移动平台10的不共线的位置30可以用于计算物体50的位置。
参见图3，示出了基于移动平台10和物体50之间的距离信息的用于控制移动平台10的示例性方法300。在步骤301，测量在移动平台10的多个位置30中的每一个位置处移动平台10和物体50之间的距离di。使用一个或多个位于移动平台10上的传感器11(图1中示出)可以测量距离di。可以以任何期望的间隔进行距离测量，取决于，例如，移动平台10的类型、移动平台10的移动速率、移动平台10的环境中的物体50的期望密度和/或其他考虑。在一些实施例中，可以周期性地进行距离测量。示例性测量的频率可以是1至2毫秒、2至5毫秒、5到10毫秒、10到20毫秒、20到50毫秒、50到100毫秒、100到200毫秒、200到500毫秒、500毫秒到1秒、1到2秒、2到5秒、5到10秒、10到20秒、20到50秒、50到100秒或更多。在其他的实施例中，可以无规律地，和/或以随机间隔进行距离测量。
在步骤302，基于在301中距离di的测量确定物体50的位置。基于在移动平台10的每一个位置30处测量的距离di可以确定物体50的未知坐标在一些实施例中，基于移动平台10的位置30和测量的距离di可以确定物体50的坐标可使用任何适当的方法以获得移动平台10的每一个位置30的坐标在一些实施例中，使用全球定位***(GPS)可以获得每一个位置30的坐标其中借助外部源(如GPS卫星)追踪坐标在这种情况下，GPS可以提供每一个位置30的坐标作为关于地球上的固定点表示的全局坐标。使用每一个位置30的全局坐标确定的物体50的位置也可以作为物体50的全局坐标给出。可替代地，和/或附加地，使用位于移动平台10上的惯性测量装置(IMU)可以获得每一个位置30的坐标其可以使用加速度计和/或陀螺仪追踪移动平台10的位置30。在这种情况下，惯性测量装置可以提供每一个位置30的坐标作为关于局部位置(如移动平台10的初始位置，或其它适当的参照点)表示的相对坐标。使用每一个位置30的相对坐标确定的物体50的位置也可以作为物体50的相对坐标给出。
在一些实施例中，基于移动平台10的每一个位置30的坐标和测量的距离di使用最优化技术可以确定物体50的坐标各种最优化技术都适用于本***和方法，包括但不限于线性最优化技术和/或非线性最优化技术。适用于本***和方法的另外的最优化技术包括，例如，最小二乘优化、卡尔曼滤波、组合优化、随机优化、线性规划、非线性规划、动态规划、梯度下降、遗传算法、爬山法、模拟退火等。
在一些实施例中，物体50可以是静止物体(例如：建筑物)。因此，当在移动平台10的每一个位置30测量距离di时，物体50的坐标可以保持固定。在一些实施例中，物体50是移动的，但是在移动平台10的若干个位置30处测量到物体50的距离di的时间间隔内有固定的位置。例如，在移动平台10附近的鸟通常四处移动，但可以在一特定的时间间隔期间的若干个测量中保持静止，并因此可以在此期间发现鸟的位置。在又一个实施例中，物体50是移动物体但是相对于移动平台10(例如：移动的船)移动缓慢。因此，在物体50相对于移动平台10几乎静止时的时间间隔内可以测量若干个距离di。
在一些实施例中，测量的距离di可以通过滤波来抑制测量噪声。测量的距离di的噪声可以发生，例如，当移动平台10检测到被追踪的物体50的环境中的游离粒子时。噪声可以由移动平台10的传感器11(图1中示出)缺乏精度(例如，由于信号干扰、温度影响或电噪声)，而进一步发生。进一步地，在特定的情况下，物体50不作为相对于移动平台10的点物体出现。替代地，物体50可以在物体50的不同部分和/或在物体50的不同角度处反射来自移动平台10的信号。降噪可以有利地消除这些变化的来源，从而产生清晰的物体50的位置。噪声可以被抑制，例如，通过将噪声建模为附加于信号的随机变量。在一些实施例中，测量的距离di的噪声大部分是高斯噪声，可以用高斯噪声模型来抑制。在一些实施例中，可以用卡尔曼滤波抑制噪声，如以下关于图5示例的那样。
在一些实施例中，可以周期性地确定物体50的位置。图4中示出使用一批距离di周期地确定物体50的位置的示例性方法400。在示例性方法400中，基于与移动平台10的新位置30对应的一批距离测量值周期性地更新物体50的位置。如图4所示，例如，在步骤401中，可以测量一批距离di，其与移动平台10的新位置30对应，每一个位置30都有坐标例如，移动平台10上的传感器11(图1中示出)可以测量距离di。在步骤402中，基于测量的距离di可以周期性地更新物体50的位置。例如，在移动平台10的操作期间的时间t＝10秒、20秒和30秒时可以测量一批距离Di，并基于这些距离测量值发现物体50的位置。随后，在移动平台10的操作期间的时间t＝40秒、50秒和60秒时可以测量另外一批距离di，并基于该另外的一批距离测量值更新物体50的位置。物体50的位置可以按需要以类似的方式进一步更新。一批距离测量值可以包括，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个距离测量值。在一些实施例中，前一批使用的一些或全部距离测量值可以用于后面的批次。
在一些实施例中，基于多个测量的距离di，最小二乘法可以用于确定和/或更新物体50的位置。如下示出了关于具有坐标 的物体50和具有相应的坐标的移动平台10的位置30的示例性最小二乘法。这些坐标和测量的距离di之间的关系可以以方程(2)表示(以i＝1和2示出)如下：
参数λ可以设置为-1以移除二次项，从其获得方程(3)：
方程(3)是线性方程，可以以矩阵形式表示如下：
其中，
其中，测量的位置30的个数为N，且N大于3，矩阵A和B可表示如下：
最小二乘法可以用于寻找方程(4)的最优解。例如，用于最优化的目标函数可设定如下：
通过对目标函数求导，并将导数设为零，可以最小化目标函数，如下：
其中Ai表示矩阵A的第i栏。解出以下结果：
因此，基于矩阵A和B(其中可以包括已知参数)，可以获得物体50的坐标以上示例仅为了说明用于确定物体50的位置的最小二乘法的一个实施例，而不是用于限制。
在一些实施例中，可以实时确定物体50的位置。图5示出了用于实时确定物体50的位置的示例性方法500。在示例性方法500中，当接收到对应于移动平台的新位置的距离测量值时，实时更新物体50的位置。具体地，在步骤501中，接收测量的距离d，该测量距离对应于坐标为的移动平台10的新位置30。例如，移动平台10上的传感器11(图1中示出)可以测量距离d。在步骤502中，当接收到测量的距离d时，可以实时更新物体50的位置。例如，在测量距离d后，物体50的位置可以在1至2微秒、2至5微秒、5至10微秒、10至20微秒、20至50微秒、50至100微秒、100至200微秒、200至500微秒、500微秒至1毫秒、1至2毫秒、2至5毫秒、5到10毫秒、10到20毫秒、20到50毫秒、50到100毫秒、100到200毫秒、200到500毫秒、500毫秒到1秒、1到2秒、2到5秒或5到10秒之间更新。
在一些实施例中，基于在新位置30测量的距离d和在移动平台10的一个或多个之前的位置30测量的距离di可以确定物体50的位置。也就是说，可以基于新位置30且同时考虑移动平台10相对于物体50的历史轨迹来更新物体50的位置。在一些实施例中，使用滤波法可以更新物体50的位置。示例性滤波法是卡尔曼滤波，其基于间接的、不准确的和/或不确定的观测变量，使用概率模型来估算感兴趣的参数。卡尔曼滤波是递归的，因为得出新的观测结果时可以实时更新参数。卡尔曼滤波还可以对噪声(如高斯噪声)建模，从而在对感兴趣的参数的估计中抑制噪声。卡尔曼滤波可以用于本***和方法中用于物体50的位置的实时确定。
下面示出了示例性的卡尔曼滤波法，其包括作为状态变量的物体50的坐标示例性的卡尔曼滤波还包括对坐标的误差建模的状态变量P。卡尔曼滤波被示出以两个步骤进行：“预测”步骤和“更新”步骤。“预测”和“更新”步骤可以在多个迭代(用符号k表示)中重复，直到得到物体50的更新位置的最优解。例如，“预测”步骤可以如下进行：
kP-＝k-1P+Q 方程(11)
其中，是迭代k-1的后验状态估算，是迭代k的先验状态估算，k-1P是迭代k-1的后验误差估算，kP-是迭代k的先验误差估算。变量Q表示在每一个迭代中叠加到误差P的噪声。Q可以设置为各种不同的值以给不同类型的噪声建模。示例性Q可以是，但不限于是0、0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、50、100或更多。在一些实施例中，变量Q可以设置为各种不同的值而不影响物体50的位置的最优化。在一些实施例中，Q可以设置为1。在其它实施例中，Q可以设置为0(换句话所，假设没有噪声)。
卡尔曼滤波法的“更新”步骤可以发生，例如，可如下进行。首先，可以认为矩阵kH反映了状态变量从卡尔曼滤波的一个迭代到另一个迭代的变化。例如，状态k的矩阵kH可以建立为：
其中，表示移动平台10的新位置30的坐标，表示新位置30和物体50的位置之间的位移，d代表新位置30和物体50的位置之间的距离。卡尔曼增益矩阵K可以如下建立：
kK＝kP-kH(kHkP-kHT+R)-1 方程(13)
其中，R表示传感器噪声并且可以根据使用的特定硬件而设置为各种不同的值。可以将R设置为，例如，R＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，或10。则“预测”步骤可以按照以下方程进行，以获得迭代k的后验状态和误差估算：
kP＝(I-kK·kH)kP- 方程(15)
其中表示迭代k的后验状态估算，kP表示迭代k的后验误差估算。“预测”和“更新”步骤可按需要重复进行以最优化物体50的坐标
以上示例仅是为了说明用于确定物体50的坐标的滤波法的一个实施例，且不是用于限制。而且，多种方法可以用于确定物体50的坐标使用一种方法(例如：最小二乘法)不排除使用另一种方法(例如：卡尔曼滤波法)。例如，在一些实施例中，批量法(前文关于图4示出)和实时法(前文关于图5示出)都可用于确定物体50的坐标如果使用不同的方法得到物体50的不同的坐标 可以向用户显示每一个不同的坐标(图6中示出)。可替代地，和/或附加地，不同的坐标可以求平均(例如：使用加权平均)，或丢弃一组坐标而获取另一组。
参见图6，示出了用于控制移动平台10(图1中示出)的示例性移动平台控制***100。在一些实施例中，移动平台控制***100可以安装在移动平台10上，如下文中图9的相关示出。在一些实施例中，移动平台控制***100可以位于远离移动平台10的终端200(图10中示出)上，如下文中关于图9的相关示出。在一些实施例中，移动平台控制***100的一些部件可以安装在移动平台10上，而移动平台控制***100的其它部件可以远离移动平台10而安装。
移动平台控制***100可以包括一个或多个处理器120。不受限制地，每一个处理器120可以包括一个或多个通用的微处理器(例如，单核或多核处理器)、专用集成电路、专用指令集处理器、图形处理器、物理运算处理器、数字信号处理单元、协处理器、网络处理单元、音频处理单元、加密处理单元等。处理器120可以被配置为执行本文描述的任何方法，包括但不限于，关于障碍物检测和躲避的各种操作。在一些实施例中，处理器120可以包括用来处理关于障碍物检测和躲避的特定操作的专门的硬件——例如，处理传感器11收集的距离数据，确定移动平台10(图1中示出)的环境中的物体50(图1中示出)的位置，和/或基于确定的位置控制移动平台10。
移动平台控制***100可以按需要包括一个或多个附加的硬件部件(未示出)。示例性附加的硬件部件包括，但不限于，存储器(或计算机可读存储介质)130，其可以包括用于执行本文描述的任何方法的指令。适当的存储器130包括，例如，随机存取存储器(RAM)、静态RAM、动态RAM、只读存储器(ROM)、可编程ROM、可擦除可编程ROM、电可擦写可编程ROM、闪存、安全数字(SD)卡等。移动平台控制***100还可以包括一个或多个输入/输出接口(例如，通用串行总线(USB)、数字视觉接口(DVI)、显示端口、串行ATA(SATA)、IEEE1394接口(也称为FireWire)、串行、视频图形阵列(VGA)、超级视频图形阵列(SVGA)、小型计算机***接口(SCSI)、高清晰度多媒体接口(HDMI)、音频端口和/或专有输入/输出接口)。移动平台控制***100也可以根据需要包括一个或多个输入/输出装置140(例如：按钮、键盘、小键盘、轨迹球、显示器和监视器)。
在一些实施例中，本文描述的移动平台10的一个或多个部件(例如，图1所示的传感器11)和/或移动平台控制***100(例如，处理器120、存储器130，和/或输入/输出140)可以是套件(未示出)的部件。可以制造套件以用于组装可以在移动平台10的环境中检测物***置的设备(未示出)。当组装设备时，可以将套件的部件设置为直接地或间接地相互电性通信。
距离测量的各种方法可以用于本***和方法。尽管仅出于说明性目的，下文关于图7和图8描述了示例性距离测量技术，但是，任何用于获得两点之间的距离d的技术都可以适用于本***和方法。在一些实施例中，可以使用飞行时间传感器测量距离d。参见图7，示出了示例性传感器11作为飞行时间传感器700。飞行时间传感器700可以包括可以在预定的频率范围内产生光的光源710。在一个优选实施例中，光源710是固体激光器或发光二极管(LED)。在另一个优选实施例中，光源在红外范围内产生光照。在又一个实施例中，光在近红外范围内。光源710可以发射光作为脉冲信号和/或连续波。
光可以从光源710朝向物体50发射。使用一个或多个光传感器720的飞行时间传感器700可以检测物体50反射的光，光传感器720可以感测反射光并将感测的光转换为电子信号。飞行时间传感器700的每一个光传感器720都可以是，例如，电荷耦合器件(CCD)，互补金属氧化物半导体(CMOS)，N型金属氧化物半导体(NMOS)成像装置，及其混合/变体。光传感器可以排列为二维阵列(未示出)，每一个光传感器都可以捕捉图像信息中的一个像素，共同地实现图像深度图(未示出)的构建。飞行时间传感器700优选有四分之一视频图形阵列(QVGA)或更高的分辨率——例如，分辨率至少为0.05百万像素、0.1百万像素、0.5百万像素、1百万像素、2百万像素、5百万像素、10百万像素、20百万像素、50百万像素、100百万像素，或更大像素。飞行时间传感器700可以有利地被配置为区分反射光(信号)和环境光(噪声)。一旦感测到反射光，就可以根据光信号的飞行时间(例如，使用相移方法)测量到物体50的距离d。
在一些实施例中，可以使用超声波测量距离d。参见图8，示出了示例性传感器11作为超声波传感器800。超声波传感器800可以以高频率发射超声波并评估超声回波，其是在物体50反射后接收到的。基于发送超声波信号与接收回波之间的时间间隔，可以确定到物体50的距离d。超声波传感器800可以包括超声波发射器810和至少一个超声波接收器820。超声波发射器810和/或超声波接收器820中的每一个都可以是一个超声波换能器，可以将电信号转换成超声波，反之亦然。示例性超声波换能器包括压电换能器和电容换能器。在一些实施例中，超声波传感器800可以包括一维或二维配置的阵列式超声波换能器。
在一些实施例中，可以使用多个传感器11和/或多个类型的传感器11来确定到物体50的距离d。单独感测技术可以具有被其它感测技术补偿的缺陷。例如，超声波通常可以具有有限的检测范围(通常小于5米)和对小物体有限的灵敏度。飞行时间感测具有更长的范围，但可能受限于强的环境光的干扰。因此，超声波和飞行时间感测可以有利地结合使用以确定距离d。在一些实施例中，传感器11可以是物理上分立的器件以便于更换和模块化。在其他实施例中，传感器11可以部分或全部集成到一个器件中，并共享重叠的物理部件，如外壳、微芯片、光传感器、检测器、通信端口等。
移动平台控制***100可以相对于移动平台10以任何方便的形式定位。在一些实施例中，移动平台控制***100可以如图9所示安装在移动平台10上。由于移动平台控制***100在物理上靠近移动平台10，移动平台控制***100的一个或多个部件可以有利地硬连线到移动平台10，减少由于远程通信造成的延迟。例如，移动平台控制***100的处理器120(图6中所示)可以被配置为直接从一个或多个传感器11接收信号，以及直接将控制信号发送到移动平台10以躲避探测到的物体50。
在一些实施例中，移动平台控制***100可以被配置为自主地控制移动平台10以在移动或其它操作期间躲避物体50。如图9所示，例如，移动平台10可以发射信号40以感测阻挡移动平台10的路径的物体50的存在。可以确定物体50的位置并发送至移动平台控制***100。处理器120可以相应地确定移动平台10的替代轨迹以避免与物体50相撞。处理器120可以将指令传递到移动平台10以根据替代轨迹改变移动平台10的飞行。尽管仅为了示例说明的目的，关于安装的移动平台控制***100描述了自主控制移动平台10以进行障碍物躲避，但是，可以在任何配置的移动平台控制***100中使用移动平台10的自主控制。
参见图10，示出了用户60与位于终端200的移动平台控制***100交互的实施例。终端200可以是远离移动平台10的远程终端。示例性终端200包括，但不限于，专用装置如远程控制器，以及通用设备如便携式计算机、笔记本电脑、移动装置、手持装置、移动电话(例如：智能手机)、平板装置、平板电脑、个人数字助理、手持游戏机、便携式媒体播放器、可穿戴装置(例如：智能手表和头戴显示器)等。各种无线通信方法可用于移动平台10和终端200之间的远程通信。适当的通信方法包括，例如，无线电、无线保真(Wi-Fi)、蜂窝、卫星和广播。
如图10所示，终端200可以包括与用户60交互以控制移动平台10的用户界面210。终端200还可以显示用户界面210的元件如窗口、按钮、菜单、图标、弹出窗口、标签、控制、光标、***点等。在一些实施例中，通过安装在终端200上的应用软件(通俗地称“app”)可以至少部分地提供用户界面210。例如，当终端200是移动装置时，应用软件可以由供应商通过移动应用软件商店提供并保持更新。通过应用软件，供应商可以提供任何有用的功能以使用户远程监控移动平台10和附近的物体50，和/或控制移动平台10以躲避物体50。例如，在一些实施例中，应用软件可以配置为显示移动平台10的环境的真实画面，包括移动平台10和附近的物体50之间的距离d。如果移动平台10处于与物体50相撞的危险中，可以通过用户界面210向用户60发送合适的警告信号(如闪烁灯、红色文本、振动和/或警告声音)。因此用户60可以通过终端200控制移动平台10以躲避物体10。在一些实施例中，作为故障安全特性，终端200可以被配置为自动向移动平台10发送信号，以躲避物体50。
本发明的实施例可具有各种修改和替代形式，具体的示例已经借助附图中的示例示出并在本文中进行了详细地描述。但是，应当理解，本发明的实施例不受所公开的特定形式或方法的限制，相反，本发明的实施例旨在涵盖所有的修改、等同形式和替代方式。

Claims (112)

1.一种控制移动平台的方法，包括：
测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离；和
基于所述测量确定所述物体的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定包括基于所述移动平台的位置和所述测量的距离确定所述物体的位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述确定包括周期性地确定所述物体的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述周期性地确定包括基于对应于所述移动平台的新位置的一批距离测量值周期性地更新所述物体的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述确定包括使用最小二乘法确定。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述确定包括实时确定所述物体的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定包括当接收到对应于所述移动平台的新位置的新距离测量值时更新所述物体的位置。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述确定包括使用滤波法确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述确定包括使用卡尔曼滤波法确定。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括抑制测量噪声。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定包括基本上抑制高斯噪声。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括使用最优化技术确定物体的位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述确定物体的位置包括使用线性最优化技术确定所述物体的位置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述移动平台的位置是沿所述移动平台的轨迹的位置。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述移动平台的位置是不共线的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括排除在所述移动平台的位置处测量的在所述确定期间产生所述物体的退化位置的距离。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述测量所述距离包括使用超声波测量所述距离。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述测量所述距离包括使用激光测量所述距离。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述测量所述距离包括使用飞行时间感测法测量所述距离。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括使用惯性测量单元(IMU)获取所述移动平台的位置。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括获取所述移动平台的位置的相对坐标。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括使用全球定位***(GPS)获取所述移动平台的位置。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括获取所述移动平台的位置的全局坐标。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述移动平台是无人飞行器(UAV)。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括控制所述移动平台以躲避所述物体。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述控制包括自动地控制所述移动平台以躲避所述物体。
27.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述控制包括用户控制所述移动平台以躲避所述物体。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定包括确定静止物体的位置。
29.一种控制移动平台的***，包括：
一个或多个检测器，被配置为测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离；和
一个或多个处理器，被配置为基于所述测量的距离确定所述物体的位置。
30.根据权利要求29所述的***，其中所述处理器配置为基于所述移动平台的位置和所述测量的距离确定所述物体的位置。
31.根据权利要求29或30所述的***，其中所述处理器被配置为周期性地确定所述物体的位置。
32.根据权利要求31所述的***，其中所述处理器被配置为基于对应于所述移动平台的新位置的一批距离测量值周期性地更新所述物体的位置。
33.根据权利要求29至32中任一项所述的***，其中所述处理器被配置为使用最小二乘法确定所述物体的位置。
34.根据权利要求29或30所述的***，其中所述处理器被配置为实时确定所述物体的位置。
35.根据权利要求34所述的***，其中所述处理器被配置为当接收到对应于所述移动平台的新位置的新距离测量值时更新所述物体的位置。
36.根据权利要求34或35所述的***，其中所述处理器被配置为使用滤波法确定所述物体的位置。
37.根据权利要求36所述的***，其中所述处理器被配置为使用卡尔曼滤波法确定所述物体的位置。
38.根据权利要求29至37中任一项所述的***，其中所述处理器被配置为抑制测量噪声。
39.根据权利要求38所述的***，其中所述处理器被配置为基本上抑制高斯噪声。
40.根据权利要求29至39中任一项所述的***，其中所述处理器被配置为使用最优化技术确定所述物体的位置。
41.根据权利要求40所述的***，其中所述最优化技术是线性最优化技术。
42.根据权利要求29至41中任一项所述的***，其中所述移动平台的位置是沿所述移动平台的轨迹的位置。
43.根据权利要求29至42中任一项所述的***，其中所述移动平台的位置是不共线的。
44.根据权利要求29至43中任一项所述的***，其中所述处理器被配置为排除在所述移动平台的位置处测量的在所述确定期间产生所述物体的退化位置的距离。
45.根据权利要求29至44中任一项所述的***，其中所述检测器包括用于测量所述距离的超声波传感器。
46.根据权利要求29至45中任一项所述的***，其中所述检测器包括用于测量所述距离的激光器。
47.根据权利要求29至46中任一项所述的***，其中所述检测器包括用于测量所述距离的飞行时间(ToF)传感器。
48.根据权利要求29至47中任一项所述的***，还包括用于获取所述移动平台的位置的惯性测量单元(IMU)。
49.根据权利要求29至48中任一项所述的***，其中所述处理器被配置为使用所述移动平台的位置的相对坐标确定所述物体的位置。
50.根据权利要求29至49中任一项所述的***，还包括用于获取所述移动平台的位置的全球定位***(GPS)。
51.根据权利要求29至50中任一项所述的***，其中所述处理器被配置为使用所述移动平台的位置的全局坐标确定所述物体的位置。
52.根据权利要求29至51中任一项所述的***，其中所述移动平台是无人飞行器(UAV)。
53.根据权利要求29至52中任一项所述的***，其中所述处理器被进一步配置为控制所述移动平台以躲避所述物体。
54.根据权利要求53所述的***，其中所述处理器被配置为自动地控制所述移动平台以躲避所述物体。
55.根据权利要求53或54所述的***，其中所述处理器被配置为使用户能够控制所述移动平台以躲避所述物体。
56.根据权利要求29至55中任一项所述的***，其中所述物体包括静止物体。
57.一种移动平台，包括：
一个或多个检测器，被配置为测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离；和
一个或多个处理器，被配置为基于所述测量的距离确定所述物体的位置。
58.根据权利要求57所述的移动平台，其中所述处理器被配置为基于所述移动平台的位置和所述测量的距离确定所述物体的位置。
59.根据权利要求57或58所述的移动平台，其中所述处理器被配置为周期性地确定所述物体的位置。
60.根据权利要求59所述的移动平台，其中所述处理器被配置为基于对应于所述移动平台的新位置的一批距离测量值周期性地更新所述物体的位置。
61.根据权利要求57至60中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用最小二乘法确定所述物体的位置。
62.根据权利要求57或58所述的移动平台，其中所述处理器被配置为实时确定所述物体的位置。
63.根据权利要求62所述的移动平台，其中所述处理器被配置为当接收到对应于所述移动平台的新位置的距离测量值时更新所述物体的位置。
64.根据权利要求62或63所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用滤波法确定所述物体的位置。
65.根据权利要求64所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用卡尔曼滤波法确定所述物体的位置。
66.根据权利要求57至65中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被配置为抑制测量噪声。
67.根据权利要求66所述的移动平台，其中所述处理器被配置为基本上抑制高斯噪声。
68.根据权利要求57至67中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用最优化技术确定所述物体的位置。
69.根据权利要求68所述的移动平台，其中所述最优化技术是线性最优化技术。
70.根据权利要求57至69中任一项所述的移动平台，其中所述移动平台的位置是沿所述移动平台的轨迹的位置。
71.根据权利要求57至70中任一项所述的移动平台，其中所述移动平台的位置是不共线的。
72.根据权利要求57至71中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被配置为排除在所述移动平台的位置处测量的在所述确定期间产生所述物体的退化位置的距离。
73.根据权利要求57至72中任一项所述的移动平台，其中所述检测器包括用于测量所述距离的超声波传感器。
74.根据权利要求57至73中任一项所述的移动平台，其中所述检测器包括用于测量所述距离的激光器。
75.根据权利要求57至74中任一项所述的移动平台，其中所述检测器包括用于测量所述距离的飞行时间(ToF)传感器。
76.根据权利要求57至75中任一项所述的移动平台，还包括用于获取所述移动平台的位置的惯性测量单元(IMU)。
77.根据权利要求57至76中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用所述移动平台的位置的相对坐标确定所述物体的位置。
78.根据权利要求57至77中任一项所述的移动平台，还包括用于获取所述移动平台的位置的全球定位***(GPS)。
79.根据权利要求57至78中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用所述移动平台的位置的相对坐标确定所述物体的位置。
80.根据权利要求57至79中任一项所述的移动平台，其中所述移动平台是无人飞行器(UAV)。
81.根据权利要求57至80中任一项所述的移动平台，其中所述处理器被进一步配置为控制所述移动平台以躲避所述物体。
82.根据权利要求81所述的移动平台，其中所述处理器被配置为自动地控制所述移动平台以躲避所述物体。
83.根据权利要求81或82所述的移动平台，其中所述处理器被配置为使用户能够控制所述移动平台以躲避所述物体。
84.根据权利要求57至83中任一项所述的移动平台，其中所述物体包括静止物体。
85.一种计算机可读存储介质，包括：
用于测量在所述移动平台的多个位置中的每一个位置处所述移动平台和物体之间的距离的指令；和
用于基于所述测量的距离确定所述物体的位置的指令。
86.根据权利要求85所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于基于所述移动平台的位置和所述测量的距离确定所述物体的位置的指令。
87.根据权利要求85或86所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于周期性地确定所述物体的位置的指令。
88.根据权利要求87所述的计算机可读存储介质，其中所述用于周期性地确定所述物体的位置的指令包括用于基于对应于所述移动平台的新位置的一批距离测量值周期性地更新所述物体的位置的指令。
89.根据权利要求85至88中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于使用最小二乘法确定的指令。
90.根据权利要求85或86所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于实时确定所述物体的位置的指令。
91.根据权利要求90所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于当接收到对应于所述移动平台的新位置的新距离测量值时更新所述物体的位置的指令。
92.根据权利要求90或91所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于使用滤波法确定的指令。
93.根据权利要求92所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于使用卡尔曼滤波法确定的指令。
94.根据权利要求85至93中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于抑制测量噪声的指令。
95.根据权利要求94所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于基本上抑制高斯噪声的指令。
96.根据权利要求85至95中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于使用最优化技术确定所述物体的位置的指令。
97.根据权利要求96所述的计算机可读存储介质，其中所述用于确定所述物体的位置的指令包括用于使用线性最优化技术确定所述物体的位置的指令。
98.根据权利要求85至97中任一项所述的计算机可读存储介质，其中所述移动平台的位置是沿所述移动平台的轨迹的位置。
99.根据权利要求85至98中任一项所述的计算机可读存储介质，其中所述移动平台的位置是不共线的。
100.根据权利要求85至99中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于排除在所述移动平台的位置处测量的在所述确定期间产生所述物体的退化位置的距离的指令。
101.根据权利要求85至100中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于测量所述距离的所述指令包括用于使用超声波测量所述距离的指令。
102.根据权利要求85至101中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于测量所述距离的所述指令包括使用激光测量所述距离的指令。
103.根据权利要求85至102中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于测量所述距离的所述指令包括用于使用飞行时间感测测量所述距离的指令。
104.根据权利要求85至103中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于使用惯性测量单元(IMU)获取所述移动平台的位置的指令。
105.根据权利要求85至104中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于获取所述移动平台的位置的相对坐标的指令。
106.根据权利要求85至105中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于使用全球定位***(GPS)获取所述移动平台的位置的指令。
107.根据权利要求85至106中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于获取所述移动平台的位置的全局坐标的指令。
108.根据权利要求85至107中任一项所述的计算机可读存储介质，其中所述移动平台是无人飞行器(UAV)。
109.根据权利要求85至108中任一项所述的计算机可读存储介质，还包括用于控制所述移动平台以躲避所述物体的指令。
110.根据权利要求109所述的计算机可读存储介质，其中所述用于控制的指令包括用于自动地控制所述移动平台以躲避所述物体的指令。
111.根据权利要求109或110所述的计算机可读存储介质，其中所述用于控制的指令包括用于使用户能够控制所述移动平台以躲避所述物体的指令。
112.根据权利要求85至111中任一项所述的计算机可读存储介质，其中用于确定的所述指令包括用于确定静止物体的位置的指令。
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