[发明专利]使用惯性传感器和短波低能耗设备的室内导航系统

说明书

提供一种用于定位追踪设备的系统及其方法，该系统包括：无线模块，用于从外部无线设备接收位置参考，并确定与外部无线设备的距离；以及惯性测量单元(IMU)，其具有用于获得加速度矢量的加速度计和用于获得角速度矢量的陀螺仪；处理单元，用于从位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，并利用加速度矢量、角速度矢量和环境大气压力来计算相对于全局框架的第二估计坐标。

技术领域

本发明涉及一种室内导航系统，并且特别地但非排他地涉及使用惯性传感器和蓝牙信标的室内导航系统。

背景技术

电子导航系统是在20世纪40年代左右开发的。科学家能够利用无线电信号偏移的多普勒效应追踪人造卫星。卫星发送的信号可以被陆地接收器用于导航。这种系统通常被称为全球定位系统(GPS)。

为了有效地使用GPS卫星信号操作导航系统，GPS接收器必须能够访问至少四颗卫星的标记。尽管可以使用来自三颗卫星的标记来计算GPS接收器的估计位置，但是该位置是在GPS接收器位于平均海平面的前提下计算的。如果GPS接收器处于平均海平面，则该位置将相当准确。但是，如果GPS接收器明显高于或低于平均海平面，则计算出的位置甚至不会接近实际位置。

在开放的地区中，诸如在空域中飞行或在公海中航行，通常相对容易同时获得访问四颗卫星。

但是，由于带有频率无线电波信号(1575.42MHZ和1227.6MHZ)的GPS卫星信号被设计为可传播很长的距离，但穿透力却很低。当GPS接收器天线位于被高大建筑物包围的城市内部或建筑物内部时，无法直接在视线范围内接收多个卫星信号。GPS接收器无法准确计算当前位置。

用于在建筑物内导航的传统系统通常是昂贵的或无效的。例如，与建筑物内的射频记号的安装基座相关的安装和运营成本是不容易克服的重大障碍。另外，建筑物内射频导航信号的接收不佳，诸如基于卫星的导航系统(例如，全球定位系统)所使用的信号，妨碍了广泛接受。

发明内容

本发明可以克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。

当考虑以下说明和附图时，本发明的其他优点将变得显而易见。

根据本发明的第一方面，提供了一种定位追踪设备，包括：无线模块，其用于从外部无线设备接收位置参考，并确定与所述外部无线设备的距离；惯性测量单元(IMU)，其具有用于获得加速度矢量的加速度计和用于获得角速度矢量的陀螺仪；以及处理单元，其用于从所述位置参考确定相对于全局框架的第一估计坐标，并利用所述加速度矢量、角速度矢量和环境大气压力来计算相对于全局框架的第二估计坐标。

在第一方面的实施例中，所述IMU还包括用于测量外部磁场的磁场矢量的磁力计和/或用于获得环境大气压力的压力传感器。

在第一方面的实施例中，所述IMU适于对所述加速度计和陀螺仪执行自校准。

在第一方面的实施例中，所述IMU包括用于对指示其移动的步数的数量进行计数的步数计数器。

在第一方面的实施例中，所述IMU适于通过对所述加速度矢量和所述步数进行积分来得出步幅长度。

在第一方面的实施例中，所述处理单元适于利用从所述IMU获得的角速度矢量来得出相对于所述全局框架的估计高度。

在第一方面的实施例中，所述处理单元适于利用从所述IMU获得的角速度矢量和从所述IMU获得的加速度矢量来得出相对于全局框架的估计位移矢量。

在第一方面的实施例中，所述处理单元适于利用所述位移矢量和所述第一估计坐标来得出所述第二估计坐标。

在第一方面的实施例中，所述处理单元适于将所述第二估计坐标转发给计算机处理器，其中，所述计算机处理器适于在局部地图上生成相对的当前位置。