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CN104360312A - 物体的定位方法以及定位系统 - Google Patents

物体的定位方法以及定位系统 Download PDF

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CN104360312A
CN104360312A CN201410741271.2A CN201410741271A CN104360312A CN 104360312 A CN104360312 A CN 104360312A CN 201410741271 A CN201410741271 A CN 201410741271A CN 104360312 A CN104360312 A CN 104360312A
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coordinate position
distance
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张廷凯
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Goertek Inc
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Goertek Inc
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开一种物体的定位方法，该定位方法包括：物体上的信号接收装置在至少三个时刻接收到信号发射装置发射的无线信号；由物体上的运动测量传感器确定各时刻物体在物体坐标系中的坐标；根据所接收到的无线信号分别计算出各时刻物体与信号发射装置的距离；根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标以及物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标；根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标确定信号发射装置和物体之间的相对坐标；根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标以及各时刻物体和信号发射装置之间的相对坐标计算出物体在地图坐标系中的坐标。采用本发明，可实现物体定位。

Description

物体的定位方法以及定位系统
技术领域
本发明涉及定位技术领域，更具体地，涉及一种物体的定位方法以及物体的定位系统。
背景技术
目前，对物体的定位方法主要利用物体相对于多个无线信号发射点的距离，通过一定算法解算出物体在信号发射点所在坐标系的坐标，然后根据与某预定地图的对应，确定实现物体的实际位置，实现定位。这种定位方法，要求无线信号发射点个数至少3个，少于3个数则无法实现定位。
发明内容
本发明提供了一种与现有物体定位方法不同的物体的定位方法以及定位系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种物体的定位方法，其中所述物体上配置有信号接收装置和运动测量传感器，所述定位方法包括：
在物体运动过程中，所述信号接收装置在至少三个时刻接收到信号发射装置发射的无线信号；
由所述运动测量传感器确定所述至少三个时刻中各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置；
根据所接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离；
根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；
根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置确定各时刻信号发射装置和物体之间的相对坐标关系；
根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及各时刻物体和信号发射装置之间的相对坐标关系计算出物体各时刻在地图坐标系中的坐标位置。
在可选实施例中，所述至少三个时刻包括t0时刻、t1时刻和t2时刻；根据所接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离，包括：根据在t0时刻接收到的第一无线信号计算出物体在t0时刻与信号发射装置的距离；根据在t1时刻接收到的第二无线信号计算出物体在t1时刻与信号发射装置的距离；以及根据在t2时刻接收到的第三无线信号计算出物体在t2时刻与信号发射装置的距离。
在可选实施例中，根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置包括：
根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：
( x r - x 0 ) 2 + ( y r - y 0 ) 2 + ( z r - z 0 ) 2 = d 0 2 ( x r - x 1 ) 2 + ( y r - y 1 ) 2 + ( z r - z 1 ) 2 = d 1 2 ( x r - x 2 ) 2 + ( y r - y 2 ) 2 + ( z r - z 2 ) 2 = d 2 2
其中，(xr，yr，zr)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x0，y0，z0)表示本地物体在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置，d0表示在t0时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x1，y1，z1)表示本地物体在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置，d1表示在t1时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x2，y2，z2)表示本地物体在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置，d2表示在t2时刻本地物体与信号发射装置的距离。
在可选实施例中，所述定位方法还包括：下载并存储地图至物体；以及，定义物体在物体坐标系中的初始位置。
根据本发明的另一方面，还提供了一种物体的定位系统，包括：
信号接收装置，配置在所述物体上，用于在物体运动过程中，在至少三个时刻接收信号发射装置发射的无线信号；
运动测量传感器，配置在所述物体上，用于确定所述至少三个时刻中各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置；
定位模块，配置在所述物体上，用于执行以下功能：根据信号接收装置接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离；根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置确定各时刻信号发射装置与物体之间的相对坐标关系；以及，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及各时刻物体和信号发射装置之间的相对坐标关系计算出物体各时刻在地图坐标系中的坐标位置。
在可选实施例中，所述至少三个时刻包括t0时刻、t1时刻和t2时刻；所述定位模块根据所接收到的无线信号计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离，包括：根据在t0时刻接收到的第一无线信号计算出物体在t0时刻与信号发射装置的距离；根据在t1时刻接收到的第二无线信号计算出物体在t1时刻与信号发射装置的距离；以及根据在t2时刻接收到的第三无线信号计算出物体在t2时刻与信号发射装置的距离。
在可选实施例中，所述定位模块根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置包括：
根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：
( x r - x 0 ) 2 + ( y r - y 0 ) 2 + ( z r - z 0 ) 2 = d 0 2 ( x r - x 1 ) 2 + ( y r - y 1 ) 2 + ( z r - z 1 ) 2 = d 1 2 ( x r - x 2 ) 2 + ( y r - y 2 ) 2 + ( z r - z 2 ) 2 = d 2 2
其中，(xr，yr，zr)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x0，y0，z0)表示本地物体在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置，d0表示在t0时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x1，y1，z1)表示本地物体在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置，d1表示在t1时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x2，y2，z2)表示本地物体在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置，d2表示在t2时刻本地物体与信号发射装置的距离。
在可选实施例中，所述定位模块还用于下载并存储地图；以及，定义物体在物体坐标系中的初始位置。
在可选实施例中，所述定位模块配置在信号接收装置内，或者，所述定位模块和信号接收装置各自是单独的模块。
本发明实施例利用物体至少三个时刻在物体坐标系中坐标位置以及所述三个时刻中各时刻物体与信号发射点的距离可以确定信号发射点在物体坐标系中的坐标位置，从而可以得到物体与信号发射点之间的相对坐标关系。由于信号发射点在地图中的坐标位置已知，因此可以基于相对坐标关系得到物体各时刻在地图中的实时坐标位置，实现物体定位。本发明实施例无需知道3个不同无线信号发射点在地图中的位置，也无需接收来自3个不同信号发射点的无线信号。
附图说明
图1是根据本发明实施例的物体的定位方法的流程示意图。
图2是根据本发明实施例的实现物体的定位方法的一个例子。
图3是根据本发明实施例的物体的定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的说明。
图1是根据本发明实施例的物体的定位方法的流程示意图。为实现本发明实施例的物体定位方法，物体上需要配置有1个信号接收装置和1个运动测量传感器。信号接收装置用于接收信号发射装置发射的无线信号，与现有物体定位方法需要3个无线信号发射点(无线信号发射点配置有信号发射装置)相比，本发明中仅需要1个信号发射点即可。运动测量传感器用于测量物体的运动轨迹及状态，从而确定物体在物体坐标系中的坐标位置。可选地，运动测量传感器可包括导航装置。
如图1所示，该定位方法包括：
S101，信号接收装置在至少三个时刻接收到信号发射装置发射的无线信号；
S102，由运动测量传感器确定所述至少三个时刻中各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置；
S103，根据所接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离；
S104，根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；
S105，根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置确定各时刻信号发射装置和物体之间的相对坐标关系；以及，
S106，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及各时刻物体和信号发射装置之间的相对坐标关系计算出物体各时刻在地图坐标系中的坐标位置。
下面以信号接收装置接收三个时刻的无线信号为例对本发明的实施方式作进一步的说明。图2是根据本发明实施例的实现物体的定位方法的一个例子。如图2所示，物体2本身携带有运动测量传感器5，用来实时计算物体2的位置和姿态从而确定物体2在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置(x0，y0，z0)、在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置(x1，y1，z1)以及在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置(x2，y2，z2)。可选地，首先定义物体在物体坐标系中的初始位置，然后可以确定各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置。
进一步地，根据物体2的信号接收装置4在t0时刻接收到的第一无线信号计算出t0时刻物体2与位于目标物体上的信号发射装置3的距离d0，根据在t1时刻接收到的第二无线信号计算出t1时刻物体2与信号发射装置3的距离d1；以及根据在t2时刻接收到的第三无线信号计算出在t2时刻物体2与信号发射装置3的距离d2。在本发明实施例中，根据接收到的无线信号计算物体与信号发射装置的距离的方法可以采用现有技术中的接收信号强度法(RSSI)，到达时间计算法(TOA)，到达时间差计算法(TDOA)和接收信号角度计算法(AOA)等。
然后，根据物体2分别在t0、t1和t2时刻在物体坐标系中的坐标位置以及与信号发射装置3的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，其中通过以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：
( x r - x 0 ) 2 + ( y r - y 0 ) 2 + ( z r - z 0 ) 2 = d 0 2 ( x r - x 1 ) 2 + ( y r - y 1 ) 2 + ( z r - z 1 ) 2 = d 1 2 ( x r - x 2 ) 2 + ( y r - y 2 ) 2 + ( z r - z 2 ) 2 = d 2 2
其中，(xr，yr，zr)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x0，y0，z0)表示本地物体在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置，d0表示在t0时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x1，y1，z1)表示本地物体在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置，d1表示在t1时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x2，y2，z2)表示本地物体在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置，d2表示在t2时刻本地物体与信号发射装置的距离。
然后，根据信号发射装置3在物体坐标系中的坐标位置(xr，yr，zr)以及物体2在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置(x0，y0，z0)、在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置(x1，y1，z1)、在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置(x2，y2，z2)可以确定在t0时刻信号发射装置3和物体2之间的相对坐标关系、在t1时刻信号发射装置3和物体2之间的相对坐标关系以及在t1时刻信号发射装置3和物体2之间的相对坐标关系。
由于可以预先下载并存储地图到物体上，因此信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置是已知的，从而可以根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及在t0时刻、t1时刻和t2时刻物体和信号发射装置之间的相对坐标关系计算出物体在t0时刻、t1时刻和t2时刻在地图坐标系中的坐标位置。
需要说明的是，为了清楚说明以便本领域技术人员充分理解本发明的技术方案，以上实施例仅利用了物体运动过程中的3个时刻来实现物体的定位。应当理解的是，本发明实施例不仅限于利用3个时刻，也可以是利用物体运动过程中的4个时刻、5个时刻等来实现物体的定位。
图3是根据本发明实施例的物体的定位系统的结构示意图。如图3所示，该定位系统包括配置在所述物体上的信号接收装置32、运动测量传感器34和定位模块36。
信号接收装置32，用于在物体运动过程中，在至少三个时刻接收到信号发射装置发射的无线信号。运动测量传感器34，用于确定所述至少三个时刻中各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置。定位模块36，用于根据信号接收装置32接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离；根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置确定各时刻信号发射装置与物体之间的相对坐标关系；以及，根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及各时刻物体和信号发射装置之间的相对坐标关系计算出物体各时刻在地图坐标系中的坐标位置。
可选地，所述至少三个时刻包括t0时刻、t1时刻和t2时刻。定位模块36根据所接收到的无线信号计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离，包括：根据在t0时刻接收到的第一无线信号计算出物体在t0时刻与信号发射装置的距离；根据在t1时刻接收到的第二无线信号计算出物体在t1时刻与信号发射装置的距离；以及根据在t2时刻接收到的第三无线信号计算出物体在t2时刻与信号发射装置的距离。
可选地，定位模块36根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：
( x r - x 0 ) 2 + ( y r - y 0 ) 2 + ( z r - z 0 ) 2 = d 0 2 ( x r - x 1 ) 2 + ( y r - y 1 ) 2 + ( z r - z 1 ) 2 = d 1 2 ( x r - x 2 ) 2 + ( y r - y 2 ) 2 + ( z r - z 2 ) 2 = d 2 2
其中，(xr，yr，zr)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x0，y0，z0)表示本地物体在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置，d0表示在t0时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x1，y1，z1)表示本地物体在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置，d1表示在t1时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x2，y2，z2)表示本地物体在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置，d2表示在t2时刻本地物体与信号发射装置的距离。
可选地，定位模块36还用于下载并存储地图；以及，定义物体在物体坐标系中的初始位置。
在一可选实施例中，定位模块36可以配置在信号接收装置32内。在另一可选实施例中，定位模块36和信号接收装置32是各自独立的模块。
本发明实施例利用物体至少三个时刻在物体坐标系中坐标位置以及所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射点的距离可以确定信号发射点在物体坐标系中的坐标位置，从而可以得到物体与信号发射点之间的相对坐标关系。由于信号发射点在地图中的坐标位置已知，因此可以基于相对坐标关系得到各时刻物体在地图中的实时坐标位置，实现物体定位。本发明实施例无需知道3个不同无线信号发射点在地图中的位置，也无需接收来自3个不同信号发射点的无线信号。
尽管本发明允许许多不同形式的实施例，但说明书和附图仅详细描述了本发明的几个可能的实施例。需要理解的是，本公开应该视为对本发明原理的例示，并不是要将本发明限制为在所示例的实施例的范围内。在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员会想到许多变形，本发明的保护范围应当由所附权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种物体的定位方法，其中所述物体上配置有信号接收装置和运动测量传感器，所述定位方法包括：
在物体运动过程中，所述信号接收装置在至少三个时刻接收到信号发射装置发射的无线信号；
由所述运动测量传感器确定所述至少三个时刻中各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置；
根据所接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离；
根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置；
根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置确定各时刻信号发射装置和物体之间的相对坐标关系；
根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及各时刻信号发射装置和物体之间的相对坐标关系计算出物体各时刻在地图坐标系中的坐标位置。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于：
所述至少三个时刻包括t0时刻、t1时刻和t2时刻；
根据所接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离，包括：根据在t0时刻接收到的第一无线信号计算出物体在t0时刻与信号发射装置的距离；根据在t1时刻接收到的第二无线信号计算出物体在t1时刻与信号发射装置的距离；以及根据在t2时刻接收到的第三无线信号计算出物体在t2时刻与信号发射装置的距离。
3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置包括：
根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：
( x r - x 0 ) 2 + ( y r - y 0 ) 2 + ( z r - z 0 ) 2 = d 0 2 ( x r - x 1 ) 2 + ( y r - y 1 ) 2 + ( z r - z 1 ) 2 = d 1 2 ( x r - x 2 ) 2 + ( y r - y 2 ) 2 + ( z r - z 2 ) 2 = d 2 2
其中，(xr，yr，zr)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x0，y0，z0)表示本地物体在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置，d0表示在t0时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x1，y1，z1)表示本地物体在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置，d1表示在t1时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x2，y2，z2)表示本地物体在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置，d2表示在t2时刻本地物体与信号发射装置的距离。
4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
下载并存储地图至物体；以及
定义物体在物体坐标系中的初始位置。
5.一种物体的定位系统，包括：
信号接收装置，配置在所述物体上，用于在物体运动过程中，在至少三个时刻接收信号发射装置发射的无线信号；
运动测量传感器，配置在所述物体上，用于确定所述至少三个时刻中各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置；
定位模块，配置在所述物体上，用于执行以下功能：
根据信号接收装置接收到的无线信号分别计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离，
根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，
根据信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置确定各时刻信号发射装置与物体之间的相对坐标关系；
根据信号发射装置在地图坐标系中的坐标位置以及各时刻信号发射装置和物体之间的相对坐标关系计算出物体各时刻在地图坐标系中的坐标位置。
6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于：
所述至少三个时刻包括t0时刻、t1时刻和t2时刻；
所述定位模块根据所接收到的无线信号计算出所述至少三个时刻中各时刻物体与信号发射装置的距离，包括：根据在t0时刻接收到的第一无线信号计算出物体在t0时刻与信号发射装置的距离；根据在t1时刻接收到的第二无线信号计算出物体在t1时刻与信号发射装置的距离；以及根据在t2时刻接收到的第三无线信号计算出物体在t2时刻与信号发射装置的距离。
7.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述定位模块根据各时刻物体在物体坐标系中的坐标位置以及各时刻物体与信号发射装置的距离计算出信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置包括：
根据以下公式来确定信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置：
( x r - x 0 ) 2 + ( y r - y 0 ) 2 + ( z r - z 0 ) 2 = d 0 2 ( x r - x 1 ) 2 + ( y r - y 1 ) 2 + ( z r - z 1 ) 2 = d 1 2 ( x r - x 2 ) 2 + ( y r - y 2 ) 2 + ( z r - z 2 ) 2 = d 2 2
其中，(xr，yr，zr)表示信号发射装置在物体坐标系中的坐标位置，(x0，y0，z0)表示本地物体在t0时刻在物体坐标系中的坐标位置，d0表示在t0时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x1，y1，z1)表示本地物体在t1时刻在物体坐标系中的坐标位置，d1表示在t1时刻本地物体与信号发射装置的距离，(x2，y2，z2)表示本地物体在t2时刻在物体坐标系中的坐标位置，d2表示在t2时刻本地物体与信号发射装置的距离。
8.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述定位模块还用于下载并存储地图；以及，定义物体在物体坐标系中的初始位置。
9.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述定位模块配置在信号接收装置内，或者，所述定位模块和信号接收装置各自是单独的模块。
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