CN113841025A - 用于可移动平台的位置姿态确定方法、相关装置和*** - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于可移动平台的位置姿态确定方法、位置姿态确定装置***和位置姿态确定***，该位置姿态确定方法包括：在可移动平台上设置惯性测量单元和位置速度测量单元，将惯性测量单元和位置速度测量单元设置成能够相对运动的形式；该方法还包括：获取由位置速度测量单元测得的第一位置数据和第一运动速度数据；获取对惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量；根据第一位置数据和位置补偿量计算惯性测量单元的第二位置数据，并根据第一运动速度数据和运动速度补偿量计算惯性测量单元的第二运动速度数据；以及根据第二位置数据和第二运动速度数据确定可移动平台的位置姿态。本公开通过将惯性测量单元和位置速度测量单元设置成非刚性连接的形式，为可移动平台的设计提供了便利，同时扩大了可移动平台的应用场景。

Description

用于可移动平台的位置姿态确定方法、相关装置和***

技术领域

本公开涉及运动物体的参数测量领域，更具体地，涉及一种可移动平台的位置和姿态的测量的方法以及相关装置和***。

背景技术

对于无人驾驶的汽车、自动飞行的无人机、移动测量载体和其他移动工程平台等移动平台，需要实时连续的获取可移动平台的位置信息和姿态信息，这是实现反馈控制和安全监控的核心步骤。相关技术中利用位置姿态***对可移动平台的位置和姿态进行测量，以便根据所测量得到的相关位置数据和姿态数据获取所需的相关数据信息。相关技术中的位置姿态***通常包括两个传感器，即通过动态载波相位差分技术实时获取高精度位置和速度信息的位置速度测量模块和高频测量可移动平台的三轴角速率和加速度信息的惯性测量模块。

一般情况下，位置速度测量模块和惯性测量模块以相对固定的方式连接，也就是两者之间采用刚性连接的方式，各自获取相关的动态数据，并对两者获取的数据进行组合，以便获得移动平台的连续完整的位置、速度和姿态信息。由于位置速度测量模块和惯性测量模块之间的刚性连接要求，因此对位置速度测量模块和惯性测量模块的安装带来一定的约束，对于一些具体应用而言，这样的要求给实际***设计带来诸多不便。

发明内容

本公开实施例提供一种用于可移动平台的位置姿态确定方法、装置和***，可以使惯性测量单元和位置速度测量单元两者无需设置在同一部件上，具有了更加灵活的相对安装位置，为可移动平台的设计提供了便利。

第一方面，本公开实施例提供一种用于可移动平台的位置姿态确定方法，其中，在所述可移动平台上设置惯性测量单元和位置速度测量单元，将所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动的形式；所述方法包括：获取由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据和第一运动速度数据；获取对所述惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量；根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据，并根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据；以及根据所述第二位置数据和所述第二运动速度数据确定所述可移动平台的位置姿态。

第二方面，本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，其中，执行所述可执行指令以实现如上所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法。

第三方面，本公开实施例提供一种用于可移动平台的位置姿态确定装置，该位置姿态确定装置包括：惯性测量单元，所述惯性测量单元设置在所述可移动平台上；位置速度测量单元，所述位置速度测量单元设置在所述可移动平台上，用于获取第一位置数据和第一运动速度数据，所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动；位置补偿量获取单元，用于获取对所述惯性测量单元的位置补偿量；运动速度补偿量获取单元，用于获取对所述惯性测量单元的运动速度补偿量；第二位置数据计算单元，所述第二位置数据计算单元根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据；第二运动速度数据计算单元，所述第二运动速度数据计算单元根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据；以及位置姿态确定单元，所述位置姿态确定单元根据所述第二位置数据和所述第二运动速度数据确定所述可移动平台的位置姿态。

第四方面，本公开实施例提供一种用于可移动平台的位置姿态确定***，其中，所述位置姿态确定***包括设置在所述可移动平台上的惯性测量单元和位置速度测量单元，所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动；所述位置姿态确定***还包括处理器和存储器，所述存储器用于存储可执行指令，所述处理器调用存储在所述存储器中的可执行指令用于执行以下操作：获取由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据和第一运动速度数据；获取对所述惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量；根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据，并根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据；以及根据所述第二位置数据和所述第二运动速度数据确定所述可移动平台的位置姿态。

本公开实施例提供的用于可移动平台的位置姿态确定方法，可移动平台上的惯性测量单元和位置速度测量单元设置成能够相对运动的形式，由此使得惯性测量单元和位置速度测量单元两者无需设置在同一部件上，因此具有了更加灵活的相对安装位置，只需要获知两者的相对运动关系，即可获得两者之间的相对运动数据的补偿值，从而以位置速度测量单元测得的数据为依据进行相关补偿后获得惯性测量单元的相关数据。由此为可移动平台的设计提供了便利，使得根据本公开的位置姿态确定方法具有更加广泛的应用场景。

附图说明

图1为根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法的流程图。

图2为根据本公开的可移动平台的结构示意图。

图3为根据本公开的计算机可读存储介质的结构框图。

图4为根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定装置的结构框图。

图5为根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定***的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开内容，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本公开提供一种用于可移动平台的位置姿态确定方法，该方法能够解决相关技术中存在的两个传感器只能相对固定地安装的问题，使得用于组成位置姿态***的位置速度测量单元和惯性测量单元以能够相对运动的方式组装在一起，从而为搭载这种位置姿态***的移动平台提供更加便利的设计方案。也就是说，根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法可以允许位置速度测量单元和惯性测量单元任意地设置在可移动平台上，并能够根据位置速度测量单元所测得的相关位置速度数据以及惯性测量单元测得的相关旋转数据获得针对可移动平台的相关运动数据，以确定可移动平台的位置姿态。

在根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法中，可以首先执行S1，如图1所示，在可移动平台100上设置位置速度测量单元20和惯性测量单元40，可以将位置速度测量单元20和惯性测量单元40设置成能够相对运动的形式，如图2所示，示出该可移动平台100的结构示意图。在此，位置速度测量单元20可以为RTK(Real Time Kinematic，实时动态)天线，惯性测量单元40可以为IMU(Inertial Measurement Unit)组件。位置速度测量单元20和惯性测量单元40两者以能够相对运动的形式设置可以包括两者以能够相对平动的方式设置、以相对转动的方式设置以及以既能够相对平动也能够相对转动的方式设置，在此仅需要确定两者之间的相对运动关系即可，在确定两者之间的相对运动关系之后即可实现两者之间的相关运动参数的相互转换。根据本公开的位置姿态确定方法进一步包括(如图2所示)：S2，获取由位置速度测量单元20测得的第一位置数据和第一运动速度数据，也就是可以通过位置速度测量单元20直接获取以位置速度测量单元20的传感器的中心为测量点的位置数据和运动速度数据，作为第一位置数据和第一运动速度数据。然后，执行S3，获取对惯性测量单元40的位置补偿量和运动速度补偿量，在此，以惯性测量单元40为测量中心，以通过位置速度测量单元20获取的第一位置数据和第一运动速度数据为依据对惯性测量单元40的位置数据和运动速度数据进行相关调整，从而能够获得惯性测量单元40的补偿后的运动数据。也就是执行S4，根据第一位置数据和位置补偿量计算惯性测量单元40的第二位置数据，并根据第一运动速度数据和运动速度补偿量计算惯性测量单元40的第二运动速度数据。最后执行S5，根据第二位置数据和第二运动速度数据确定可移动平台的位置姿态。在此需要说明的是，通过对惯性测量单元40的位置补偿和运动速度补偿，获得了惯性测量单元40的位置数据和运动速度数据，并将上述位置数据和运动速度数据作为该可移动平台的相关数据。

在此，可以选择可移动平台上的任意点作为进行测量的测量点，只要能够确定位置速度测量单元20和惯性测量单元40与该测量点的相对运动关系即可，通过确定位置速度测量单元20和惯性测量单元40与测量点的相对运动关系来确定对测量点进行的相关数据补偿量，由此将通过位置速度测量单元20和惯性测量单元40测得的相关数据组合成测量点的参数组，由此确定测量点的位置和姿态，并且可以以该测量点的位置和姿态数据作为可移动平台的位置和姿态数据。有利地，可以通过计算机视觉***来获取对惯性测量单元40的位置补偿量和运动速度补偿量。也就是说，可以通过计算机视觉***来识别惯性测量单元40与位置速度测量单元20之间的相对运动关系，并根据该相对运动关系对由位置速度测量单元20测得的位置数据和运动速度数据进行相应补偿，以获得惯性测量单元40的第二位置数据和第二运动速度数据，从而获得可移动平台的位置和姿态数据。因此，可以通过计算机视觉***来识别惯性测量单元40与位置速度测量单元20的相对运动关系，并根据位置速度测量单元20测得的位置和运动速度数据来获得惯性测量单元40的位置数据和运动速度数据，而在可移动平台的设计过程中无需将惯性测量单元40与位置速度测量单元20相对固定地设置，也即无需使两者实现刚性连接，两者之间可以产生任意的相对运动。

有利地，将惯性测量单元40和位置速度测量单元20设置成能够相对运动的形式可以包括利用枢轴60将惯性测量单元40和位置速度测量单元20枢转地连接。比如，可以将位置速度测量单元20设置在可移动平台100的第一载体120上，相应地，将惯性测量单元40设置在可移动平台100的第二载体140上，第一载体120和第二载体140可以通过枢轴60连接在一起，由此使得位置速度测量单元20和惯性测量单元40之间实现了枢转连接。惯性测量单元40和位置速度测量单元20的这种设置方式对于搭载有摄像单元的无人飞行器是特别有利的。比如，可以将位置速度测量单元20设置在无人飞行器的机体上，也就是第一载体120相当于无人飞行器的机体，同时将惯性测量单元40设置在与无人飞行器的机体相连接的云台上，也就是第二载体140相当于无人飞行器的云台。云台可以通过枢转的方式连接到无人飞行器的机体上。

进一步地，在根据本公开的方法中，获取对惯性测量单元40的位置补偿量可以包括获取由惯性测量单元40测得的姿态旋转矩阵，以及计算位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离。可以通过由惯性测量单元40直接获取的姿态旋转矩阵结合上述等效距离来获得相对于位置速度测量单元20对惯性测量单元40的位置补偿量。在位置速度测量单元20与惯性测量单元40为刚性连接的情况下，位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的距离即为定值，可以通过测量直接获得，而在位置速度测量单元20与惯性测量单元40为相对运动连接的情况下，则需要根据两者之间的相对运动关系来确定两者之间的等效距离。以下将详细说明获取位置补偿量的过程。

可以通过下式(1)计算位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离：

δl＝δl₀+R₁(t)δl₁ (1)

其中，δl为位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离，在此该等效距离δl为三维参数；δl₀为惯性测量单元40与枢轴60的旋转轴线之间的距离，可以在可移动平台的设计过程中确定；R₁(t)为位置速度测量单元20在时刻t相对于惯性测量单元40的相对姿态旋转矩阵，其可以由惯性测量单元40进行获取，其通常为三阶方阵；δl₁为位置速度测量单元20与枢轴60的旋转轴线之间的距离，其可以在可移动平台的设计过程中确定。

接着，在计算出位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离之后，可以通过下式(2)计算对惯性测量单元40的位置补偿量：

P_COMP＝R(t)×δl (2)

其中，P_COMP为对惯性测量单元40的位置补偿量；R(t)为由惯性测量单元40测得的时刻t的姿态旋转矩阵，其为由惯性测量单元40感测到的惯性测量单元40自身的姿态旋转矩阵。

进一步地，根据第一位置数据和位置补偿量计算惯性测量单元40的第二位置数据可以包括通过下式(3)计算第二位置数据：

P_IMU＝P_RTK-P_COMP (3)

其中，P_IMU为惯性测量单元40的第二位置数据；P_RTK为由位置速度测量单元20测得的第一位置数据，位置速度测量单元20可以直接获取其自身的位置数据，用于作为计算惯性测量单元40的第二位置数据的依据。

在获取对惯性测量单元40的位置补偿量以计算其第二位置数据的同时，获取对该惯性测量单元40的运动速度补偿量，这可以包括计算惯性测量单元40的等效转动角速率，以及计算位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离。在此，可以通过下式(4)计算惯性测量单元40的等效转动角速率：

ω(t)＝ω₀(t)+R₁(t)×ω₁(t) (4)

其中，ω(t)为惯性测量单元40的等效转动角速率；ω₀(t)为由惯性测量单元40测得的绝对转动角速率，即惯性测量单元40自身的转动角速率；R₁(t)为位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40的相对姿态旋转矩阵，其可以由惯性测量单元40获取，比如通过控制两者的相对运动的相关数据可以获得位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40的相对姿态旋转矩阵；ω₁(t)为位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40的相对转动角速率，这也可以通过控制位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的相对运动的数据来获取。

进一步地，可以通过下式(5)计算位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离：

δ1＝δl₀+R₁(t)×δl₁ (5)

在此，与通过式(1)计算的等效距离类似，其中，δl为位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离；δl₀为惯性测量单元40与枢轴60的旋转轴线之间的距离；δl₁为位置速度测量单元20与枢轴60的旋转轴线之间的距离。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法，可以通过下式(6)计算对惯性测量单元40的运动速度补偿量：

V_COMP＝ω(t)×δl (6)

其中，V_COMP为对惯性测量单元40的运动速度补偿量。

最后，可以通过计算出的运动速度补偿量对惯性测量单元40的运动速度进行补偿。即，根据第一运动速度数据和运动速度补偿量计算惯性测量单元的第二运动速度数据可以通过下式(7)计算第二运动速度数据：

V_IMU＝V_RTK-V_COMP (7)

其中，V_IMU为惯性测量单元40的第二运动速度数据；V_RTK为由位置速度测量单元20测得的第一运动速度数据，即由位置速度测量单元20所测得的其自身的运动速度数据。

在此需要说明的是，位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40的相对姿态旋转矩阵R₁(t)是位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40的相对旋转角度θ₁(t)的函数，即R₁(t)＝R{θ₁(t)}，其中，θ₁(t)为t时刻位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40的相对旋转角度。假定t时刻位置速度测量单元20相对于惯性测量单元40沿X轴、Y轴和Z轴的旋转角分别为α、β和γ，则有：

则

那么，位置速度测量单元20与惯性测量单元40之间的等效距离δl的计算过程如下：假设惯性测量单元40与枢轴60的旋转轴线之间的距离δl₀为：

并且，位置速度测量单元20与枢轴60的旋转轴线之间的距离δl₁为：

则δl＝δl₀+R₁(t)×δl₁的计算过程即为：

通过上式即可计算得出δl在X、Y和Z轴上的分量l_x、l_y和l_z。在上述计算过程中，下标为x的参数代表沿X轴线的距离，下标为y的参数代表沿Y轴线的距离，下标为z的参数代表沿Z轴线的距离。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法还可以包括获取通过惯性测量单元40测得的绝对转动角度和绝对转动角速率。在此，通过位置速度测量单元20获取其自身的位置数据和运动速度数据，并通过对上述数据进行补偿获得了惯性测量单元40的第二位置数据和第二运动速度数据，又通过惯性测量单元40测得了自身的转动角度和转动角速率的数据，由此通过上述四组数据即可获得惯性测量单元40的位置姿态数据，并以此作为搭载该位置速度测量单元20和惯性测量单元40的可移动平台位置姿态数据，从而获得可移动平台的位置姿态信息。

在根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法中，上述可移动平台可以包括无人飞行器，有利地，该无人飞行器包括机体和连接至机体的云台，即可以将附图2中的可移动平台100视为无人飞行器，将第一载体120视为无人飞行器的机体，将第二载体140视为无人飞行器的云台，其中，惯性测量单元40设置在云台上，位置速度测量单元20设置在无人飞行器的机体上。由此，无需将位置速度测量单元20和惯性测量单元40同时设置在无人飞行器的机体上，也就是无需对位置速度测量单元20和惯性测量单元40进行刚性连接，实现了两者之间的可相对运动的连接方式，即非刚性连接方式，从而扩大了该位置姿态确定方法的应用场景。当然，在此也可以将位置速度测量单元20设置在云台上，同时将惯性测量单元40设置在无人飞行器的机体上。

在上述实施例中，位置速度测量单元20与惯性测量单元40均为单个的情况下，根据本公开的上述方法同样适用于具有多个位置速度测量单元20和/或多个惯性测量单元40的情况。另外，根据本公开的方法同样适用于以下情况下，比如全球导航卫星***(GNSS)无基站下的单点定位、伪距差分定位、精密单点定位以及单纯的位置补偿和速度补偿的相关应用。上述情况同样适用于本公开的以下所述实施例。

本公开还涉及一种计算机可读存储介质200，如图3所示，该计算机可读存储介质200存储有可执行指令220，其中，执行可执行指令220以实现如上所述的任一种用于可移动平台的位置姿态确定方法。

进一步地，本公开还提供了一种用于可移动平台的位置姿态确定装置400，该位置姿态确定装置400包括：惯性测量单元440，该惯性测量单元440设置在可移动平台上；位置速度测量单元420，该位置速度测量单元420设置在可移动平台上，用于获取第一位置数据和第一运动速度数据，惯性测量单元440和位置速度测量单元420设置成能够相对运动；位置补偿量获取单元460，用于获取对惯性测量单元440的位置补偿量；运动速度补偿量获取单元480，用于获取对惯性测量单元440的运动速度补偿量；第二位置数据计算单元500，该第二位置数据计算单元500根据第一位置数据和位置补偿量计算惯性测量单元440的第二位置数据；第二运动速度数据计算单元520，该第二运动速度数据计算单元520根据第一运动速度数据和运动速度补偿量计算惯性测量单元440的第二运动速度数据；以及位置姿态确定单元540，该位置姿态确定单元540根据第二位置数据和第二运动速度数据确定可移动平台的位置姿态。在此，惯性测量单元440和位置速度测量单元420可以通过任意方式进行连接，比如，惯性测量单元440和位置速度测量单元420可以分别设置在可移动平台的不同部件上，以实现两者之间的可相互运动的连接关系。两者之间的相互运动也可以任意限定，比如两者之间可以是相对平动、相对转动或者可以即相对平动也相对转动，只需要确定两者之间的相对运动关系，即可确定上述位置补偿量和运动速度补偿量。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定装置400通过根据位置速度测量单元420测量得到的位置数据和运动速度数据，以及根据位置速度测量单元420和惯性测量单元440之间的相对运动关系，确定对惯性测量单元440的位置补偿量和速度补偿量，从而确定惯性测量单元440的第二位置数据和第二运动速度数据，并以此作为可移动平台的位置数据和运动速度数据。从而无需确保位置速度测量单元420和惯性测量单元440之间的相对固定的连接关系，即两者之间可以实现非刚性连接关系，从而有助于用于可移动平台的位置姿态确定装置400的硬件设计，使其具有更大的设计弹性。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定装置400的位置补偿量获取单元460和/或运动速度补偿量获取单元480可以包括计算机视觉***。也就是在此可以直接通过计算机视觉***获取相对于位置速度测量单元420对于惯性测量单元440的位置补偿数据和运动速度补偿数据，计算机视觉***通过识别两者之间的相对运动关系即可获得上述补偿数据。

有利地，根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定装置400利用枢轴将惯性测量单元440和位置速度测量单元420枢转地连接在一起。在通过枢轴将惯性测量单元440和位置速度测量单元420枢转地连接在一起的情况下，可以通过以上参照用于可移动平台的位置姿态确定方法中描述的方式进行惯性测量单元440的位置补偿量和运动速度补偿量的获取，并基于由位置速度测量单元420获取的第一位置数据和第一运动速度数据获取惯性测量单元440的第二位置数据和第二运动速度数据，在此不再赘述。

进一步地，根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定装置400还可以包括绝对转动角度获取单元和绝对转动角速率获取单元，绝对转动角度获取单元用于获取通过惯性测量单元440测得的绝对转动角度，绝对转动角速率获取单元用于获取通过惯性测量单元440测得的绝对转动角速率。由此，通过所获取的惯性测量单元440的上述第二位置数据和第二运动速度数据以及绝对转动角度和绝对转动角速率，即可获取惯性测量单元440的位置和姿态信息。

有利地，上述可移动平台可以包括无人飞行器，即所述位置姿态确定装置400可用于确定无人飞行器的位置和姿态信息。该无人飞行器可以包括机体和连接至机体的云台，其中，惯性测量单元440设置在云台上，位置速度测量单元420设置在无人飞行器的机体上。

本公开还涉及一种用于可移动平台的位置姿态确定***600，如图5所示，其中，该位置姿态确定***600包括设置在可移动平台上的惯性测量单元640和位置速度测量单元620，惯性测量单元640和位置速度测量单元640设置成能够相对运动；该位置姿态确定***600还包括处理器660和存储器680，存储器680用于存储可执行指令682，处理器660调用存储在存储器680中的可执行指令682用于执行以下操作：获取由位置速度测量单元620测得的第一位置数据和第一运动速度数据；获取对惯性测量单元640的位置补偿量和运动速度补偿量；根据第一位置数据和位置补偿量计算惯性测量单元640的第二位置数据，并根据第一运动速度数据和运动速度补偿量计算惯性测量单元640的第二运动速度数据；以及根据第二位置数据和第二运动速度数据确定可移动平台的位置姿态。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定***600还可以包括计算机视觉***，用于获取对惯性测量单元640的位置补偿量和运动速度补偿量。即，通过计算机视觉***获取位置速度测量单元620与惯性测量单元640之间的相对运动关系，即可获得上述位置补偿量和运动速度补偿量。

有利地，可以利用枢轴将惯性测量单元640和位置速度测量单元620枢转地连接。当然，在此也可以采用其他连接方式实现惯性测量单元640和位置速度测量单元620之间的非刚性连接，例如可以通过比如为多级串联机构的其他伺服机构来实现上述两个单元之间的非刚性连接。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定***600的处理器660还可以通过调用存储在存储器680中的可执行指令682以获取对惯性测量单元640的位置补偿量和运动速度补偿量。在该实施例中获取对惯性测量单元640的位置补偿量和运动速度补偿量的方式与本公开的用于可移动平台的位置姿态确定方法中的方式相同，在此不再赘述。

根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定***600的处理器660调用存储在存储器680中的可执行指令682还用于执行以下操作，获取通过惯性测量单元640测得的绝对转动角度和绝对转动角速率。该位置姿态确定***600能够根据所获得的惯性测量单元640的第二位置数据和第二运动速度数据以及由惯性测量单元640测得的绝对转动角度和绝对转动角速率的相关数据来确定惯性测量单元640的位置信息和姿态信息，并可以将此作为该可移动平台的位置和姿态信息。

进一步地，所述可移动平台可以包括无人飞行器，该无人飞行器可以包括机体和连接至机体的云台，其中，惯性测量单元640设置在云台上，位置速度测量单元620设置在机体上。由于云台与机体为可相互运动的连接方式，由此实现了位置速度测量单元620和惯性测量单元640之间的相互运动连接。而无需像相关技术那样需要将位置速度测量单元620和惯性测量单元640同时设置在机体上，以保证两者之间相对固定的连接方式。根据本公开的用于可移动平台的位置姿态确定***600的设计更加灵活，其可以将位置速度测量单元620和惯性测量单元640设置在无人飞行器的任意相关部件上，以便实现两者的运动数据的组合，从而获得所需的位置数据和姿态数据。

本公开所涉及的用于可移动平台的位置姿态确定方法可以进行组合使用，比如可以在可移动平台上设置一个以上的位置速度测量单元和/或一个以上的惯性测量单元，上述位置速度测量单元和惯性测量单元可以相对运动地连接，并通过位置速度测量单元获取所需的相关位置数据和运动速度数据，通过惯性测量单元获取所需的相关转动角度数据和转动角速率数据，可以通过对数据的补偿将这些数据转换成可移动平台上的测量点处的相关运动数据，比如该测量点可以为可移动平台的重心，当然，该测量点可以是与移动平台相关的任何所感兴趣的位置。这种设计同样实现了位置速度测量单元和惯性测量单元在可移动平台上的可相对运动的连接方式。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过计算机可读存储介质进行传输。计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (46)

1.一种用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，在所述可移动平台上设置惯性测量单元和位置速度测量单元，将所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动的形式；所述方法包括：

获取由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据和第一运动速度数据；

获取对所述惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量；

根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据，并根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据；以及

根据所述第二位置数据和所述第二运动速度数据确定所述可移动平台的位置姿态。

2.根据权利要求1所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量包括通过计算机视觉***进行获取。

3.根据权利要求1所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

将所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动的形式包括利用枢轴将所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元枢转地连接。

4.根据权利要求3所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的位置补偿量包括获取由所述惯性测量单元测得的姿态旋转矩阵，以及计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离。

5.根据权利要求4所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

通过下式(1)计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离：

δl＝δl₀+R₁(t)δl₁ (1)

其中，δl为所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离；δl₀为所述惯性测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离；R₁(t)为所述位置速度测量单元在时刻t相对于所述惯性测量单元的相对姿态旋转矩阵；δl₁为所述位置速度测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离。

6.根据权利要求5所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

通过下式(2)计算对所述惯性测量单元的位置补偿量：

P_COMP＝R(t)×δl (2)

其中，P_COMP为对所述惯性测量单元的位置补偿量；R(t)为由所述惯性测量单元测得的时刻t的姿态旋转矩阵。

7.根据权利要求6所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据包括通过下式(3)计算所述第二位置数据：

P_IMU＝P_RTK-P_COMP (3)

其中，P_IMU为所述惯性测量单元的第二位置数据；P_RTK为由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据。

8.根据权利要求3所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的运动速度补偿量包括计算所述惯性测量单元的等效转动角速率，以及计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离。

9.根据权利要求8所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

通过下式(4)计算所述惯性测量单元的等效转动角速率：

ω(t)＝ω₀(t)+R₁(t)×ω₁(t) (4)

其中，ω(t)为所述惯性测量单元的等效转动角速率；ω₀(t)为由所述惯性测量单元测得的绝对转动角速率；R₁(t)为所述位置速度测量单元相对于所述惯性测量单元的相对姿态旋转矩阵；ω₁(t)为所述位置速度测量单元相对于所述惯性测量单元的相对转动角速率。

10.根据权利要求9所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

通过下式(5)计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离：

δl＝δl₀+R₁(t)×δl₁ (5)

其中，δl为所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离；δl₀为所述惯性测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离；δl₁为所述位置速度测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离。

11.根据权利要求10所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

通过下式(6)计算对所述惯性测量单元的运动速度补偿量：

V_COMP＝ω(t)×δl (6)

其中，V_COMP为对所述惯性测量单元的运动速度补偿量。

12.根据权利要求11所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据包括通过下式(7)计算所述第二运动速度数据：

V_IMU＝V_RTK-V_COMP (7)

其中，V_IMU为所述惯性测量单元的第二运动速度数据；V_RTK为由所述位置速度测量单元测得的第一运动速度数据。

13.根据权利要求1所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

还包括获取通过所述惯性测量单元测得的绝对转动角度和绝对转动角速率。

14.根据权利要求1所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

所述可移动平台包括无人飞行器。

15.根据权利要求14所述的用于可移动平台的位置姿态确定方法，其特征在于，

所述无人飞行器包括机体和连接至所述机体的云台，其中，所述惯性测量单元设置在所述云台上，所述位置速度测量单元设置在所述机体上。

16.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，其特征在于，

执行所述可执行指令以实现根据权利要求1至15中任一项所述的方法。

17.一种用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，包括：

惯性测量单元，所述惯性测量单元设置在所述可移动平台上；

位置速度测量单元，所述位置速度测量单元设置在所述可移动平台上，用于获取第一位置数据和第一运动速度数据，所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动；

位置补偿量获取单元，用于获取对所述惯性测量单元的位置补偿量；

运动速度补偿量获取单元，用于获取对所述惯性测量单元的运动速度补偿量；

第二位置数据计算单元，所述第二位置数据计算单元根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据；

第二运动速度数据计算单元，所述第二运动速度数据计算单元根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据；以及

位置姿态确定单元，所述位置姿态确定单元根据所述第二位置数据和所述第二运动速度数据确定所述可移动平台的位置姿态。

18.根据权利要求17所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

所述位置补偿量获取单元和/或所述运动速度补偿量获取单元包括计算机视觉***。

19.根据权利要求17所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

利用枢轴将所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元枢转地连接。

20.根据权利要求19所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的位置补偿量包括获取由所述惯性测量单元测得的姿态旋转矩阵，以及计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离。

21.根据权利要求20所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

通过下式(1)计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离：

δl＝δl₀+R₁(t)δl₁ (1)

其中，δl为所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离；δl₀为所述惯性测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离；R₁(t)为所述位置速度测量单元在时刻t相对于所述惯性测量单元的相对姿态旋转矩阵；δl₁为所述位置速度测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离。

22.根据权利要求21所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

通过下式(2)计算对所述惯性测量单元的位置补偿量：

P_COMP＝R(t)×δl (2)

其中，P_COMP为对所述惯性测量单元的位置补偿量；R(t)为由所述惯性测量单元测得的时刻t的姿态旋转矩阵。

23.根据权利要求22所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

所述第二位置数据计算单元根据下式(3)计算所述第二位置数据：

P_IMU＝P_RTK-P_COMP (3)

其中，P_IMU为所述惯性测量单元的第二位置数据；P_RTK为由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据。

24.根据权利要求19所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的运动速度补偿量包括计算所述惯性测量单元的等效转动角速率，以及计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离。

25.根据权利要求24所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

通过下式(4)计算所述惯性测量单元的等效转动角速率：

ω(t)＝ω₀(t)+R₁(t)×ω₁(t) (4)

其中，ω(t)为所述惯性测量单元的等效转动角速率；ω₀(t)为由所述惯性测量单元测得的绝对转动角速率；R₁(t)为所述位置速度测量单元相对于所述惯性测量单元的相对姿态旋转矩阵；ω₁(t)为所述位置速度测量单元相对于所述惯性测量单元的相对转动角速率。

26.根据权利要求25所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

通过下式(5)计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离：

δl＝δl₀+R₁(t)×δl₁ (5)

其中，δl为所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离；δl₀为所述惯性测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离；δl₁为所述位置速度测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离。

27.根据权利要求26所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

通过下式(6)计算对所述惯性测量单元的运动速度补偿量：

V_COMP＝ω(t)×δl (6)

其中，V_COMP为对所述惯性测量单元的运动速度补偿量。

28.根据权利要求27所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

所述第二运动速度数据计算单元根据下式(7)计算所述第二运动速度数据：

V_IMU＝V_RTK-V_COMP (7)

其中，V_IMU为所述惯性测量单元的第二运动速度数据；V_RTK为由所述位置速度测量单元测得的第一运动速度数据。

29.根据权利要求17所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，还包括：

绝对转动角度获取单元，用于获取通过所述惯性测量单元测得的绝对转动角度，以及

绝对转动角速率获取单元，用于获取通过所述惯性测量单元测得的绝对转动角速率。

30.根据权利要求17所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

所述可移动平台包括无人飞行器。

31.根据权利要求30所述的用于可移动平台的位置姿态确定装置，其特征在于，

所述无人飞行器包括机体和连接至所述机体的云台，其中，所述惯性测量单元设置在所述云台上，所述位置速度测量单元设置在所述机体上。

32.一种用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，所述位置姿态确定***包括设置在所述可移动平台上的惯性测量单元和位置速度测量单元，所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元设置成能够相对运动；所述位置姿态确定***还包括处理器和存储器，所述存储器用于存储可执行指令，所述处理器调用存储在所述存储器中的可执行指令用于执行以下操作：

获取由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据和第一运动速度数据；

获取对所述惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量；

根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据，并根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据；以及

根据所述第二位置数据和所述第二运动速度数据确定所述可移动平台的位置姿态。

33.根据权利要求32所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

还包括计算机视觉***，用于获取对所述惯性测量单元的位置补偿量和运动速度补偿量。

34.根据权利要求32所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

利用枢轴将所述惯性测量单元和所述位置速度测量单元枢转地连接。

35.根据权利要求34所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的位置补偿量包括获取由所述惯性测量单元测得的姿态旋转矩阵，以及计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离。

36.根据权利要求35所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

通过下式(1)计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离：

8l＝δl₀+R₁(t)δl₁ (1)

其中，δl为所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离；δl₀为所述惯性测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离；R₁(t)为所述位置速度测量单元在时刻t相对于所述惯性测量单元的相对姿态旋转矩阵；δl₁为所述位置速度测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离。

37.根据权利要求36所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

通过下式(2)计算对所述惯性测量单元的位置补偿量：

P_COMP＝R(t)×δl (2)

其中，P_COMP为对所述惯性测量单元的位置补偿量；R(t)为由所述惯性测量单元测得的时刻t的姿态旋转矩阵。

38.根据权利要求37所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

根据所述第一位置数据和所述位置补偿量计算所述惯性测量单元的第二位置数据包括通过下式(3)计算所述第二位置数据：

P_IMU＝P_RTK-P_COMP (3)

其中，P_IMU为所述惯性测量单元的第二位置数据；P_RTK为由所述位置速度测量单元测得的第一位置数据。

39.根据权利要求34所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

获取对所述惯性测量单元的运动速度补偿量包括计算所述惯性测量单元的等效转动角速率，以及计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离。

40.根据权利要求39所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

通过下式(4)计算所述惯性测量单元的等效转动角速率：

ω(t)＝ω₀(t)+R₁(t)×ω₁(t) (4)

其中，ω(t)为所述惯性测量单元的等效转动角速率；ω₀(t)为由所述惯性测量单元测得的绝对转动角速率；R₁(t)为所述位置速度测量单元相对于所述惯性测量单元的相对姿态旋转矩阵；ω₁(t)为所述位置速度测量单元相对于所述惯性测量单元的相对转动角速率。

41.根据权利要求40所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

通过下式(5)计算所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离：

δl＝δl₀+R₁(t)×δl₁ (5)

其中，δl为所述位置速度测量单元与所述惯性测量单元之间的等效距离；δl₀为所述惯性测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离；δl₁为所述位置速度测量单元与所述枢轴的旋转轴线之间的距离。

42.根据权利要求41所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

通过下式(6)计算对所述惯性测量单元的运动速度补偿量：

V_COMP＝ω(t)×δl (6)

其中，V_COMP为对所述惯性测量单元的运动速度补偿量。

43.根据权利要求42所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

根据所述第一运动速度数据和所述运动速度补偿量计算所述惯性测量单元的第二运动速度数据包括通过下式(7)计算所述第二运动速度数据：

V_IMU＝V_RTK-V_COMP (7)

其中，V_IMU为所述惯性测量单元的第二运动速度数据；V_RTK为由所述位置速度测量单元测得的第一运动速度数据。

44.根据权利要求32所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

还包括获取通过所述惯性测量单元测得的绝对转动角度和绝对转动角速率。

45.根据权利要求32所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

所述可移动平台包括无人飞行器。

46.根据权利要求45所述的用于可移动平台的位置姿态确定***，其特征在于，

所述无人飞行器包括机体和连接至所述机体的云台，其中，所述惯性测量单元设置在所述云台上，所述位置速度测量单元设置在所述机体上。

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