JP2014506318A - 移動素子または移動体の軌跡推定方法および軌跡推定装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
− 加速度計が出力した第1の計測値およびジャイロが出力した第2の計測値を、前記時間区間の前記複数の連続する瞬間に、センサアセンブリに関連付けられた移動座標系内に記憶する手段;
− 前記連続する瞬間に、前記第2の計測値を基に、地上座標系に関連付けられた固定グローバル座標系軸に沿って回転する、基準位置に対する回転角で定義されるジャイロの前記角度位置を算出する第1の算出手段;および
− 前記連続する瞬間に、前記第1の計測値および前記第1の算出手段が供給した前記角度位置を基に、前記固定グローバル座標系内での加速度計の前記デカルト位置を算出する第2の算出手段
を備える。
− データの計測値を出力できる加速度計、角速度の計測値を出力できるジャイロ、
− 時間区間の複数の連続する瞬間のうちの少なくとも2つの瞬間に、ジャイロが計測した角速度を基に角度位置を推定する第1の推定手段、
− 前記連続する瞬間の少なくとも2つの瞬間に、加速度計のデカルト位置を含む移動素子または移動体の軌跡を、この加速度計の測定値を基に、また1つ前に推定された角度を基に推定する第2の推定手段、および
− 推定対象の軌跡を表す所定情報と、1つ前に推定された軌跡の回転後に反れて得られた軌跡に関するその同等情報との間の隔たりを最小にするように適応された回転を推定する第3の推定手段、
− 第3の推定手段が推定した回転結果を基に、第1の推定手段が推定した前記少なくとも2つの瞬間の角度位置を遡及補正する手段、
− 前記連続する瞬間の少なくとも2つの瞬間に加速度計の補正後のデカルト位置を含む移動素子または移動体の補正後の軌跡を、この加速度計の測定値を基に、また補正後の角度位置を基に推定する第4の推定手段
を使用して、移動素子または移動体の軌跡を推定することができる。
− 時間区間の複数の連続する瞬間のうちの少なくとも1つの瞬間に、ジャイロの測定値から得られる角度位置を推定するステップ、
− 前記連続する瞬間のうちの少なくとも1つの瞬間に、ジャイロに一体的に接続された加速度計のデカルト位置を、加速度計の計測値、および前記時間区間中の加速度計の軌跡を表す所定情報から推定するステップ、ならびに
− 前記所定情報と回転後に得られた軌跡に関するその同等情報との間の隔たりを最小にするように適応された回転を推定するステップ
からなる一連のステップの結果から、角度位置を遡及的に補正する方法も提供される。
− 加速度計が供給し、時間区間の複数の連続する瞬間のうちの少なくとも2つの瞬間に計測された加速度値を受信するステップ、
− ジャイロが供給し、この時間区間の前記複数の連続する瞬間のうちの少なくとも2つの瞬間に計測された角速度値を受信するステップ、
− 角速度値を用いて少なくとも1つの角度位置値を推定するとともに、加速度値および1つ前に推定された前記少なくとも1つの角度位置値を用いて、移動素子または移動体の軌跡を定義する少なくとも2つのデカルト位置値を推定するために、供給された値を処理するステップ
を含み、さらに、
− 軌跡に対する先験的な知識を強制した状態で推定された、軌跡の回転再調整モデルを反転することによって、回転パラメータを推定するステップであって、この先験的な知識は、この軌跡の所定パラメータで構成されるステップ、および
− 推定された回転パラメータを用いて前記少なくとも1つの角度位置値に回転を適用することによって、推定されたこの値を遡及補正して、補正された少なくとも1つの角度位置値を供給するステップ
を含む、方法を目的とする。
− 加速度計が供給する加速度値およびジャイロが供給する角速度値は、センサアセンブリに関連付けられた移動座標系内で表現され、
− 供給された値を処理するステップでは、前記少なくとも1つの角度位置値の推定は、地上座標系に関連付けられた固定グローバル座標系軸に対する回転角パラメータの形式で表現され、前記デカルト位置値の推定は、この同じ固定グローバル座標系でデカルト座標系の形式で表現される。
− 所与の時間区間の連続する瞬間に計測された加速度値を供給できる加速度計、
− この時間区間の連続する瞬間に計測された角速度を供給できる、加速度計と一体的に接続したジャイロ、ならびに
− 本発明による軌跡推定方法を実施するように構成された加速度計およびジャイロが供給する値の処理手段
を有する装置も目的とする。
− センサアセンブリECに関連付けられた座標系BFの基準座標系NFに対する方角を推定するために、ジャイロ計測値を積分するステップ;
− センサアセンブリECの座標系BFの加速度計測値を基準座標系NFに戻すステップ;
− 重力を補償して基準座標系内の剛体の固有加速度を得るステップ;および
− この加速度の時間で二重積分するステップ
の4ステップを含む。
式中、tは時間、gn=[00−g]Tはg=9.81m/s2のときの地球重力のベクトル、an pは固定グローバル座標系NFでの固有加速度を表す。
式中、ωb=[ωb x(t)ωb y(t)ωb z(t)]Tは、ローカル座標系BFで表現される、ジャイロが出した角速度を指す。
式中、
は、ベクトル−qb(l) ωの周りを角度
これは、
の関係と同じく、
式中、
であり、Tsは、センサAおよびGのサンプリング期間であり、
an’(l)=R(l) n’bab(l)(13)
式中、R(l) n’bは、関係(4)のようにq(l) n’bに関連付けられている。このステップは、座標系CRの変更モジュールによって実行される。
an’ p=an’+gn’≠an’+gn(14)
は、重力が2つの座標系内で同じではないことを示す。
式中、Rn’nは、関係(4)によりqn’nに関連付けられている。
式中、pn’ I=[xn’ Iyn’ Izn’ I]Tは、NF’におけるセンサアセンブリECの3次元のデカルト座標系を指し、vn’ l(tK l)=0/s、∀κであり、pn’ I(0)は、ONFに戻される。
− 歩行平面は垂直である:zn SF=zn NF=[001]T
pは、固有加速度を二重積分して計算されたデカルト位置を表す。xn’ SFは、歩の途中では時間とともに変化しない回転軸を指し、pn’ Iは、方式(17)によって供給され、^は、ベクトル積を指す。
および
(x・y)は2つのベクトルのスカラー積を指し、
式中、RK Cは、K番目の歩に関連する補正回転行列である。
− 第2のステップでは、1つ前に補正した歩の最後の時間指数t∈[tK−1 2,tK 2]から始めて、ローカル座標系BF内での座標系NF’の方角を算出する方角の4元数qbn’(t)すべてを、線形的に増大する補正値を用いて補正した、4元数q+ bn(t)を算出する。次に、q+ bn(t)が計算され、踝の軌跡が再計算される。最後に、q+ bn(t)の計算を向上できるループが提供される結果、踝の軌跡は、上記の強制が確認されたものである。
式中、
である。
式中、大きさ
式中、qb(l) −ω+は補正された角速度の4元数を指し、以下の関係で定義される。
この場合、補正は均等分され、関係(31)は以下の関係により得られる。
および
Claims (13)
- センサアセンブリを用いる移動素子または移動体の軌跡推定方法であって、前記センサアセンブリは、移動素子または移動体に固定され、一体的に接続された加速度計およびジャイロを有し、
− 加速度計が供給し、時間区間の複数の連続する瞬間のうちの少なくとも2つの瞬間に計測された加速度値を受信するステップ、
− ジャイロが供給し、この時間区間の前記複数の連続する瞬間のうちの少なくとも2つの瞬間に計測された角速度値を受信するステップ、
− 角速度値を用いて少なくとも1つの角度位置値を推定するとともに、加速度値および1つ前に推定された前記少なくとも1つの角度位置値を用いて、移動素子または移動体の軌跡を定義する少なくとも2つのデカルト位置値を推定するために、供給された値を処理するステップ
を含む軌跡推定方法において、さらに、
− 軌跡に対する先験的な知識を強制した状態で推定された、軌跡の回転再調整モデルを反転することによって、回転パラメータを推定するステップであって、この先験的な知識は、この軌跡の所定パラメータで構成されるステップ、および
− 推定された回転パラメータを用いて前記少なくとも1つの角度位置値に回転を適用することによって、推定されたこの値を遡及補正して、補正された少なくとも1つの角度位置値を供給するステップ
を含むことを特徴とする、軌跡推定方法。 - 前記遡及補正ステップは、さらに、加速度値および補正された前記少なくとも1つの角度位置値を用いて、デカルト位置値を遡及補正することを含む、請求項1に記載の軌跡推定方法。
- − 加速度計が供給する加速度値およびジャイロが供給する角速度値は、センサアセンブリに関連付けられた移動座標系内で表現され、
− 供給された値を処理するステップでは、前記少なくとも1つの角度位置値の推定は、地上座標系に関連付けられた固定グローバル座標系軸に対する回転角パラメータの形式で表現され、前記デカルト位置値の推定は、この同じ固定グローバル座標系でデカルト座標系の形式で表現される、
請求項1または2に記載の軌跡推定方法。 - 前記遡及補正ステップは、複数回繰り返して実現され、推定された前記少なくとも1つの角度位置値を繰り返し補正する、請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法。
- 前記回転パラメータは、4元数のパラメータである、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法。
- 前記軌跡に対する先験的な知識には、軌跡を含有しているものと考えられる平面の、とりわけ垂直方向または北に対して角度をなす方角のパラメータが含まれる、請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法。
- 前記軌跡に対する先験的な知識には、軌跡の一部をなしているものと考えられる少なくとも2点のデカルト座標系が含まれる、請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法。
- 前記軌跡に対する先験的な知識には、軌跡の進行方向または傾斜についてのパラメータが含まれる、請求項1〜7のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法。
- 前記遡及補正ステップは、推定された回転パラメータを用いて行われる補正が、前記複数の連続する瞬間に対して全体的または部分的に、所定の方法で分配されるように構成される、請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法。
- 前記遡及補正の所定の分配は、推定された回転パラメータを用いて計算された補正パラメータを、前記複数の連続する瞬間に対して全体的または部分的に、線形的に増大させるように定義される、請求項9に記載の軌跡推定方法。
- 通信ネットワークからダウンロードできるコンピュータプログラムおよび/またはコンピュータを介して再生可能な媒体に記録されたコンピュータプログラムおよび/またはプロセッサを介して実行可能なコンピュータプログラムであって、前記プログラムをコンピュータ上で実行する際に、請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法のステップを実行するための命令を含むことを特徴とする、コンピュータプログラム。
- 移動素子または移動体の軌跡推定装置であって、
− 所与の時間区間の連続する瞬間に計測された加速度値を供給できる加速度計、
− この時間区間の連続する瞬間に計測された角速度値を供給できる、加速度計と一体的に接続したジャイロ、ならびに
− 請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の軌跡推定方法を実施するように構成された加速度計およびジャイロが供給する値の処理手段
を有する軌跡推定装置。 - ユーザ、例えばこのユーザの踝、携帯端末または陸上、航空もしくは海上の交通手段に、加速度計およびジャイロを一体的に固定する手段を有する、請求項12に記載の軌跡推定装置。
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