专利名称：多传感器融合的测量目标绝对定位的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多传感器融合的测量目标绝对定位的方法及装置，属于目标精确
测量定位技术领域。
背景技术：
全球卫星导航技术的发展，使得GNSS定位装置的功能由以卫星导航为主体向PNT 与电子信息技术、互联网技术融合转变。使精确的定位、导航更加简单易于实现，应用范围 更加广泛。 常规的GNSS定位装置通过接收卫星定位信息，实现自身的定位。在很多应用场 合，不仅需要获得定位装置的自身定位信息，而且需要此装置周围的物体的定位信息。传 统的视频测距只能得到被测目标的速度和距离信息，而不能够计算测量目标的绝对定位信 息。传感器技术的发展，嵌入式系统的广泛应用，利用数字图像处理技术，使得测量目标绝 对定位信息变得有效可行。 综合以上技术背景分析，可开发一种多传感器融合的测量目标绝对定位的方法及 装置，用于在获得装置自身定位信息的同时，获得测量目标的包括经度、纬度、高度的绝对 定位信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多传感器融合的测量目标绝对定位的方法及装置，采 取多传感器融合的方式，充分利用GNSS定位装置、磁阻传感器、视频图像所提供的信息，通 过数据、图像的运算处理，用于实现对测量目标的绝对定位。 —种多传感器融合的测量目标绝对定位的装置，包括三维位置传感器单元、角度
传感器组单元、视频辅助测量单元、嵌入式信息融合处理单元四个部分，其特征在于，三维
位置传感器单元由GNSS接收器构成，角度传感器组单元由磁阻传感器组成，嵌入式信息融
合处理单元，由数据接口 、信息解析、信息计算模块和存储器组成，三维位置传感器单元、角
度传感器组单元和视频辅助测量单元分别与嵌入式信息融合处理单元连接。 所述的三维位置传感器单元采用MAX2769E/WGNSS接收机，用于获得测量位置的
定位、定时信息。 所述的角度传感器组单元由1个二轴水平磁阻传感器HMC1022、2个三轴磁阻传感 器HMC1023组成，其中1个三轴磁阻传感器用于获得相对正北方向的角度和相对地面垂线 的角度，二轴水平磁阻传感器和另外1个三轴磁阻传感器，分别用于跟踪摄像机的方向角 和俯仰角的变化。 所述的视频辅助测量单元采用WV-224松下彩色半球摄像机和KV-515CZ-L激光一 体化智能高速云台，用于拍摄监控视频，进行目标识别，跟踪，根据定位测量的需要调整云 台的位置，获得定位所需数据。 所述的嵌入式信息融合处理单元采用ARM9芯片；其中信息解析模块包括数据解析部分和图像解析部分；数据接口模块用于完成对各项信息的接收；信息解析模块中的数 据解析部分用于完成对GNSS定位信息的解析和提取，图像解析部分用于完成对被测量目 标的识别，计算出测量位置和测量目标之间的距离；信息计算模块对传感器组所测数据、信 息解析所得数据进行计算，完成测量目标的绝对定位，获得包括经度、纬度、高度的绝对定 位信息，以及测量目标的速度信息计算；存储器用于存储测量目标的绝对定位信息，用于测 量目标速度的计算。 多传感器融合的测量目标绝对定位的方法，方法如下 1)数据接口模块分别接收多传感器的测量信息，GNSS定位、定时信息、磁阻传感 器组的角度信息、视频信息。 2)信息解析模块中的数据解析部分提取GNSS定位信息，获得定位装置所处位置 的WGS-84大地坐标，图像解析利用图像处理算法完成对被测量目标的识别，提取出定位装 置和测量目标之间的距离D。 3)根据步骤1中的角度信息计算出测量目标时摄像机的俯仰角a和方向角|3 ， 并根据步骤2计算的距离D，计算出定位装置和被测量目标之间的偏移坐标(Az， Ax， A y)，再将步骤2中的定位装置的WGS-84大地坐标转换为北京54直角坐标，从而得到测量 目标的北京54直角坐标。 4)在将测量目标的北京54直角坐标转换为WGS-84大地坐标前，根据需要决定是 否测量被测目标的速度，若不需要，进行坐标变换，得到被测目标的经度、纬度、高度的绝对 定位信息；若需要，调整测量角度，跟踪被测量目标，重新进行绝对定位信息的测量，返回步 骤l。 5)利用测量目标定位坐标，计算出定位装置和被测量目标之间的距离，GNSS定位
时得到被测量目标的位移时间，采取多次计算取平均值的方法，来获得最终速度，同时将最
后一次测量的目标的北京54直角坐标转换为WGS-84坐标获得测量目标的包括经度、纬度、
高度的绝对定位信息。 本发明的优点和积极效果是 1、本发明利用多传感器融合技术，获得定位、角度、距离信息，通过嵌入式信息融 合处理单元进行信息接收、分析、处理、计算，迅速获得测量目标的绝对位置及速度信息，实 现绝对定位，可用于运动侦测和智能跟踪。 2、本发明有快速定位的功能，可以与电子报警设备配合使用，实现远程报警功能， 也可根据需要设置抓拍、录像等功能.应对突发事件有巨大作用。 3、本发明获得测量目标的绝对定位，使其可应用于电子测绘、导航、监控等领域， 拥有更为广阔的市场前景。
图1本发明多传感器融合的测量目标的绝对定位的装置结构框图； 图2本发明多传感器融合的测量目标的绝对定位的装置各个模块间的连接框图； 图3本发明多传感器融合的测量目标的绝对定位的方法流程图； 图4本发明测量目标坐标计算三维空间示意图。 其中，101、视频辅助测量单元，102、三维位置传感器单元，103、角度传感器组单元，104、嵌入式信息融合处理单元，201、数据接口模块，202、信息解析模块中的数据解析部 分，203、信息解析模块中的图像解析部分，204、信息计算模块，205、存储器，206、 二轴水平 磁阻传感器，三轴磁阻传感器207。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，本实施例是说明性的，而不是限定
性的，不能根据以下实施例来限定本发明的保护范围。
实施例 —种多传感器融合的测量目标绝对定位的方法及装置，装置如图1和图2所示，包 括三维位置传感器单元102、角度传感器组单元103、视频辅助测量单元101、嵌入式信息融 合处理单元104四个部分，其特征在于，三维位置传感器单元102由GNSS接收器构成，角度 传感器组单元103由磁阻传感器组成，嵌入式信息融合处理单元104由数据接口、信息解 析、信息计算模块和存储器组成，三维位置传感器单元102、角度传感器组单元103和视频 辅助测量单元101分别与嵌入式信息融合处理单元104连接。 所述的三维位置传感器单元102采用MAX2769E/WGNSS接收机，用于获得测量位置 的定位、定时信息。 所述的角度传感器组单元103由1个二轴水平磁阻传感器HMC1022、2个三轴磁阻 传感器HMC1023组成，其中1个三轴磁阻传感器用于获得相对正北方向的角度和相对地面 垂线的角度，二轴水平磁阻传感器和另外1个三轴磁阻传感器，分别用于跟踪摄像机的方 向角和俯仰角的变化。 所述的视频辅助测量单元101采用WV-224松下彩色半球摄像机和KV-515CZ-L激 光一体化智能高速云台，用于拍摄监控视频，进行目标识别，跟踪，根据定位测量的需要调 整云台的位置，获得定位所需数据。 所述的嵌入式信息融合处理单元104采用ARM9芯片；其中信息解析模块包括数据 解析部分和图像解析部分；数据接口模块用于完成对各项信息的接收；信息解析模块中的 数据解析部分用于完成对GNSS定位信息的解析和提取，图像解析部分用于完成对被测量 目标的识别，计算出测量位置和测量目标之间的距离；信息计算模块对传感器组所测数据、 信息解析所得数据进行计算，完成测量目标的绝对定位，获得包括经度、纬度、高度的绝对 定位信息，以及测量目标的速度信息计算；存储器用于存储测量目标的绝对定位信息，用于 测量目标速度的计算。 定位的方法如图3所示，包括以下步骤 1)数据接口模块分别接收多传感器的测量信息，GNSS定位信息、磁阻传感器组的 角度信息、视频信息为下一步的信息解析做好准备。 2)信息解析模块中的数据解析部分提取GNSS定位信息，获得定位装置所处位置 WGS-84大地坐标A (Bwes84， Lwes84， HWOT84)，信息解析模块中的图像解析部分利用图像处理算法 完成对被测量目标的识别，提取出定位装置和测量目标之间的距离D。
3)根据步骤1中的角度信息计算出测量目标时摄像机的俯仰角a和方向角|3 ， 并根据步骤2计算的距离D，计算出定位装置和被测量目标之间的偏移坐标(Az， Ax， △ y)，再根据步骤2中的定位装置的WGS-84大地坐标A (Bwes84， Lwes84， HWOT84)转换为北京54
5直角坐标A(x肌4， yBJ54， z^4)，从而得到测量目标的北京54直角坐标B(x' BJ54， y' BJ54， z' W54)。计算示意图如图4所示。 4)在将测量目标的北京54直角坐标B(x' W54，y' W54，z' W54)转换为WGS-84大 地坐标B(B' wes84，L' wes84，H' weH84)前，根据需要决定是否测量被测目标的速度，若不需要， 进行坐标变换，得到被测目标的经度、纬度、高度的绝对定位信息；若需要，调整测量角度， 跟踪被测量目标，重新进行绝对定位信息的测量，返回步骤1。 5)利用测量目标定位坐标，计算出定位装置和被测量目标之间的距离，GNSS定位 时得到被测量目标的位移时间，采取多次计算取平均值的方法，来获得最终速度，同时将最 后一次测量的目标的北京54直角坐标转换为WGS-84坐标获得测量目标的包括经度、纬度、 高度的绝对定位信息。 步骤2中图像解析部分利用的图像处理方法描述如下固定摄像机的方向角和俯 仰角，调整焦距，获取两幅相同距离不同模糊程度的图像，将灰度图像转化成梯度图像，利 用距不变原理计算梯度图像中边缘区的大小与整个窗口图像区大小的比值，再根据两幅图 像的比值计算出测量位置和测量目标之间的距离。 步骤3中定位装置所处位置的GNSS坐标转变方法如下坐标的转换方法较多，这 里选用一步法，即在平面点位转换中，首先将WGS-84地心坐标投影到临时的横轴墨卡托 投影，然后通过平移、旋转和尺度变换使之与计算的真实投影相符合.高程转换则采用简 单的一维高程拟合，此方法可在只有一个公共点的情况下进行坐标和高程的转换。
步骤3中测量目标B的北京54直角坐标B(x' W54， y' W54，z' W54)的计算过程 如下(如图4所示) 1、根据仰角a和方向角13 ，距离D，可得定位装置和测量目标之间的偏移坐标
(Az， Ax， Ay) :Az= Dsin a ， A y = Dcos a cos P ， A x = Dcos a sin P ; 2、由定位装置的北京54直角坐标A(xBJ54， yBJ54， zBJ54)结合偏移坐标可计算出测量
目标的北京54直角坐标B(x' W54，y' BJ54，z' BJ54): X, BJ54 = xBJ54+ A X， y, BJ54 = yBJ54+ A y， Z , BJ54 = zBJ54+ A Z 。 本方法适用于一般的硬件结构设施，比如嵌入式电子计算机系统，图1中给出了 实现本方法的一般硬件结构框图。该框图主要包括三个部分视频辅助测量单元101，三维 位置传感器单元102、角度传感器组单元103、嵌入式信息融合处理单元104连接示意图如 图2所示。二轴水平磁阻传感器206、三轴磁阻传感器207、 GNSS接收器102、视频辅助测 量单元101，经数据接口模块201将采集的数据和图像信息输入信息处理系统；信号经信 息解析模块中的数据解析部分202，信息解析模块中的图像解析部分203，获得测量位置的 WGS-84大地坐标，进行目标识别后，获得定位装置和测量目标之间的距离，信息计算模块 204按照此前的方法步骤进行测量目标绝对定位信息和速度的计算，存储器205用于存储 测量目标的包括经度、纬度、高度的绝对定位信息，用于测量目标速度的计算。
上述部分为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。凡是依据本 发明内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的内容。
权利要求
一种多传感器融合的测量目标绝对定位的装置，包括三维位置传感器单元、角度传感器组单元、视频辅助测量单元、嵌入式信息融合处理单元四个部分，其特征在于，三维位置传感器单元由GNSS接收器构成，角度传感器组单元由磁阻传感器组成，嵌入式信息融合处理单元，由数据接口、信息解析、信息计算模块和存储器组成，三维位置传感器单元、角度传感器组单元和视频辅助测量单元分别与嵌入式信息融合处理单元连接。
2. 根据权利l所述的多传感器融合的测量目标绝对定位的装置，其特征在于，所述的 三维位置传感器单元采用MAX2769E/WGNSS接收机。
3. 根据权利1所述的多传感器融合的测量目标绝对定位的装置，其特征在于，所述的 角度传感器组单元由1个二轴水平磁阻传感器HMC1022、2个三轴磁阻传感器HMC1023组 成。
4. 根据权利l所述的多传感器融合的测量目标绝对定位的装置，其特征在于，所述的 视频辅助测量单元采用WV-224松下彩色半球摄像机和KV-515CZ-L激光一体化智能高速云 台°
5. 根据权利l所述的多传感器融合的测量目标绝对定位的装置，其特征在于，所述的 嵌入式信息融合处理单元采用ARM9芯片。
6. —种多传感器融合的测量目标绝对定位的方法，其特征在于，定位方法如下1) 数据接口模块分别接收多传感器的测量信息，GNSS定位信息、磁阻传感器组的角度 信息、视频信息；2) 信息解析模块中的数据解析部分提取GNSS定位信息，获得定位装置所处位置的 WGS-84大地坐标，信息解析模块中的图像解析部分利用图像处理算法完成对被测量目标的 识别，计算出定位装置所处位置和被测量目标之间的距离D ;3) 根据步骤1中的角度信息计算出测量目标时摄像机的俯仰角a和方向角|3 ，并根 据步骤2计算的距离D，计算出定位装置和被测量目标之间的偏移坐标，再将步骤2中的定 位装置的WGS-84大地坐标转换为北京54直角坐标，从而得到测量目标的北京54直角坐 标；4) 在将测量目标的北京54直角坐标转换为WGS-84大地坐标前，根据需要决定是否 测量被测目标的速度，若不需要，进行坐标变换，得到被测目标的经度、纬度、高度的绝对定 位信息；若需要，调整测量角度，跟踪被测量目标，重新进行绝对定位信息的测量，返回步骤 1 ;5) 利用测量目标定位坐标，计算出定位装置和被测量目标之间的距离，GNSS定位时得 到被测量目标的位移时间，采取多次计算取平均值的方法，来获得最终速度，同时将最后一 次测量的目标的北京54直角坐标转换为WGS-84坐标获得测量目标的包括经度、纬度、高度 的绝对定位信息。
全文摘要
一种多传感器融合的测量目标绝对定位的方法及装置，属于目标精确测量定位技术领域。通过解析多传感器所测量的信息，将GNS8测量目标的WGS-84大地坐标变换成北京54直角坐标；利用图像解析进行目标识别；计算定位装置与被测量目标之间的距离；利用测量目标时摄像机的俯仰角、方向角、定位装置所处位置和被测量目标之间的距离，可计算出定位装置与被测量目标之间的坐标偏移量，从而获得测量目标的北京54直角坐标。可根据需要将北京54直角坐标变换成WGS-84大地坐标，实现对测量目标的绝对定位，获得被测目标的经度、纬度、高度的绝对定位信息，测量目标的速度信息可通过计算出定位装置和被测量目标之间的距离，GNSS定位时得到被测量目标的位移时间，采取多次计算取平均值的方法来获得。
文档编号G01C1/00GK101782642SQ201010119858
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者李慧, 邢建平, 高亮 申请人:山东大学