[发明专利]面向三维空间的组合定位方法及其系统

说明书

本发明公开了一种面向三维空间的组合定位方法，同时也公开了采用该方法的组合定位系统。在该组合定位方法中，采用至少两种不同的定位技术手段，通过信息融合的方式进行相互校正，可以实现组合定位导航。利用本发明，一方面可以消除惯性测量单元的累计积分误差，实现三维空间精确定位；另一方面可以进一步提高三维空间定位设备的刷新速率，改善用户的使用体验。

技术领域

本发明涉及一种面向三维空间的组合定位方法，同时也涉及采用该方法的组合定位系统，属于无线定位技术领域。

背景技术

无线定位技术根据定位方式的不同，可以分为基于测距和无需测距两种方法。基于测距的方法主要是通过测量节点之间的距离或者角度，使用三边测量法、三角测量法或最大似然法等定位算法来估算未知节点的位置；无需测距的方法主要利用空间几何关系或者网络多跳路由来完成定位，例如质心算法、凸规划算法等。

图1所示为现有技术中的一种三维空间定位设备。该模型包括定位基站和待定位设备两部分。其中，定位基站的内部除了常规的运算模块之外，至少还包括两个相互垂直、不断旋转的电机，激光发射源和至少一个超声波测距模块。待定位设备优选为手柄或者头盔，其内部包括感光模块(例如光电管)、通信模块和超声波接收器等。待定位设备通过通信模块不断与定位基站交换信息，并解算感光模块和超声波接收器上各个传感器传输的数据，提供实际应用中所需的精确定位服务。

在图1所示的三维空间定位设备中，横向电机和纵向电机分别绕着转轴O₁O₂和O₃O₄做角匀速旋转运动。两个激光发射源发射的激光束分别照射一字镜表面，形成两个垂直的激光平面；电机转动带动一字镜一起做匀速旋转运动，在三维空间内形成不断旋转的激光平面；超声波测距模块和超声波接收器为定位提供距离信息。定位基站与待定位设备在运行过程中，不断通过通信模块进行时间同步，使得整个三维空间定位设备拥有同一个时钟基准。当待定位设备中的光电管与不断旋转的激光平面恰好共面时，待定位设备感知到激光束的光信号并标定当前时刻(称之为时间戳)，因此根据事件触发的时间戳，定位基站/待定位设备可以解算出当前激光平面旋转的角度，即确定待定位设备的方位信息。

但是，上述三维空间定位设备针对位置的刷新速率较低。对于目标运动速度较大的VR(虚拟现实)应用而言，采用上述三维空间定位设备存在或多或少的时间延迟，导致可供显示的VR画面迟滞，影响用户体验。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种面向三维空间的组合定位方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述方法的组合定位系统。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种面向三维空间的组合定位方法，其中在惯性测量单元进行位置积分的过程中，

当定位基站获取定位信息后，执行基于卡尔曼滤波算法的预测环节和更新环节；

通过所述更新环节提供的概率最优模型，对所述惯性测量单元的当前位置进行矫正。

其中较优地，所述更新环节提供的概率最优模型为：

K＝PH^T(HPH^T+V)^-1

P←(I-KH)P；

其中，K为状态误差相关矩阵，P为协方差，H为测量系统的参数。

其中较优地，所述预测环节为：

其中，P为协方差，F为状态转移矩阵，Q为量测噪声相关矩阵。