专利名称：惯性测量单元(imu)的空间对准确定的制作方法
惯性测量单元(IMU)的空间对准确定背景MM 本文中所公开的主题内容涉及确定惯性测量单元(MU)的空间对准。值息导航辅助长期以来对于商业和旅行是重要的。几百或几千年里，旅行者不得不依赖于纸质地图或友好陌生人的ロ头指引来找到其通往给定目的地的路线。相反，过去几十年开发出了电子导航辅 助。由于其原始大小、费用及复杂性，它们起初主要由军队、其他政府实体、以及大型公共运输业者(诸如远洋班轮和飞机之类)使用。然而，近期有一些电子导航辅助已变得更小、更便宜且使用起来更简単。因此，它们已可供更广大的民众使用。相比于传统的导航辅助，电子导航辅助可更加容易地使其导航信息保持时新，可提供更大量的导航信息，可提供先前不可能的附加特征，等等。例如，现代导航辅助可以能够提供可包括但不限于以下各项的许多导航有关特征中的任何特征提供大致指引、标绘出发点与目的地之间的路线、显示地图、呈现所谓的路ロ转弯(turn-by-turn)指引、记录已行进的路径、其组合、等等。示例类型的电子导航辅助使用卫星定位系统(SPS)结合惯性导航系统(INS)。这种有时被称为SPS-INS导航系统的类型的电子导航辅助使用IMU。为了操作此类SPS-INS导航系统，頂U相对于地心地固(ECEF)坐标系的空间对准要被确定到某个精度。如以上指出的，一些导航辅助实现在相对较小的封装中，包括能够由个人携带的ー些设备。也可以使此类便携式设备充分便宜从而让许多人认为能负担得起。遗憾的是，已为具有导航辅助有关特征的设备实现的大小和成本缩减可能产生负面結果。更具体而言，此类设备确定充分准确的MU空间对准的能力一般较弱。因此，在某些情景中，将此类设备与SPS-INS导航系统联用可能是困难的、麻烦的、或甚至是不可能的。附图简述将參照以下附图来描述非限定性和非穷尽性特征，其中类似參考标号贯穿各附图指代类似部分。图I是根据一实现的其中可用惯性测量单元(IMU)和SPS单元(SPSU)来实现SPS-INS导航系统的示例环境的框图。图2描绘根据一实现的包括示例IMU和示例SPSU的框图。图3根据ー实现图形地解说ECEF坐标系与基于主方向的坐标系之间的示例关系。图4根据ー实现图形地解说基于主方向的坐标系与基于车辆的坐标系之间的示例关系。图5根据ー实现图形地解说因车辆的典型结构方面导致的车辆运动的基于车辆的示例潜在方向。图6根据ー实现图形地解说两种示例类型的基于车辆的方向以及可与此类基于车辆的方向相关(correlate)的两种示例类型的可获得的车辆有关运动数据。图7是解说根据ー实现的用于确定MU的空间对准的示例机制的示意框图。
图8是解说根据ー实现的用于确定MU的空间对准的示例方法的流程图。图9、10和11是联合地解说根据一实现的用于确定IMU的空间对准的另ー示例机制的框图。
图12是解说根据ー实现的可实现用于确定IMU的空间对准的ー个或更多个方面的示例设备的示意图。概述在示例实现中，提供了ー种方法，其中标识第一基于车辆的方向，并且将第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联。至少部分地基于该第一方向来确定IMU的空间对准。然而应领会，这仅是示例实现，且其他实现在本文中作了描述且可被采用而不会脱离所要求保护的主题内容。 详细描述贯穿本说明书引述的“ー个示例”、“一个特征”、“示例”、“一特征”等意指结合该特征和/或示例所描述的特定特征、结构、特性等与所要求保护的主题内容的至少ー个特征和/或示例有夫。因此，贯穿本说明书各处出现的诸如“在一个示例中”、“示例”、“在ー个特征中”、“特征”等短语不一定全部指代相同的特征和/或示例。此外，特定特征、结构、特性等可在一个或更多示例和/或特征中被组合。如以上指出的，可确定MU相对于ECEF坐标系的空间对准以促成SPS-INS导航系统中的INS-SPS组合导航。IMU的空间对准可用与重力和与地球旋转有关的两个向量来确定。前者可用加速计来检测，而后者可用相对高质量的陀螺仪来检测。然而，目前使用的使导航辅助能更紧凑且较不昂贵的技术之ー涉及微机电系统(MEMS)传感器。遗憾的是，此类MEMS传感器中的固有噪声淹没了对地球旋转的更精细测量。因此，地球旋转用当前的MEMS传感器可能无法检測。作为确定IMU的空间对准的另ー种可能办法，可使MU传感器系与其所耦合到的车辆的物理结构物理地对准。这使得能在由頂U传感器系检测到的前向加速度与(例如，可基于经由诸如SPS之类的另ー导航装置和/或系统提供的速度数据的)前向速度信息之间引起对应关系。遗憾的是，这可能使得必须将容纳IMU的设备附着在车辆特定的预定位置。尽管这对于与车辆整合的导航辅助而言可能是可接受的办法，但对于提供导航辅助特征的便携式设备而言即使可实行其可接受程度也低得多。这对于除导航以外还包括许多其他特征(例如，诸如通信)的移动站而言尤其是不可接受的，因为用户很可能一直在下车时将该移动站从车辆移走。然而，实验已掲示了近似对准通常足以启动SPS-INS导航系统。在启动之后，可在SPS-INS组合导航期间使用来自SPS的信息来解析对准角的改善值。IMU的空间对准的确定可基于以下原理若ECEF坐标系中已知的向量能被MU測量到，则这些向量能被用来推导IMU与ECEF系之间的空间关系。对于MEMS IMU系统，例如，这意味着或许不可能对驻定系统执行完全对准，因为在驻定期期间，可观察量是重力。这留下了ー个未确定的自由度。另ー方面，在运动的平台上測量到的重力由于宿主平台的伴随加速度因而具有降级的准确性。这创生了固有矛盾，该固有矛盾可通过在系统驻定时测量重力并随后确定IMU与非零SPS速度的空间对准来解決。该办法的缺点是双重的首先，重力方向和SPS速度方向并不严格对应于同一对准，因为它们被时间和空间所分 隔开；第二，为了使该办法起效，IMU的选定轴仍以已知方式与SPS速度方向物理地对准。另ー方面，对于某些示例实现，不需要假定在导航会话开头是驻定状态或者IMU轴相对于车辆或相对于ECEF系有任何特定对准。作为代替，当正在(例如，使用诸如SPS之类的导航有关装置和/或系统)測量车辆速度时可使IMU的物理对准和/或容纳IMU的设备的物理对准相对于车辆保持恒定。某些示例实现是基于在MU坐标系中測量在基于地球的坐标系中已知的或至少可变换到基于地球的坐标系中的向量。例如，可将车辆有关运动数据与一个或更多个测得加速度相关以标识ー个或更多个基于车辆的方向。此类基于车辆的方向可与可变换到基于地球的坐标系的方向相关联。图I是根据一实现的其中可用IMU 102和SPSU 104来实现SPS-INS导航系统的示例环境100的框图。如所解说的，示例环境100包括IMU 102、SPSU104、移动站106、底座108、车辆110、卫星112和导航图标114。在一示例中，移动站106可包括MU 102和SPSU104。移动站106可以可拆卸地紧固到底座108。底座108可以固定地紧固于车辆110。车辆HO能够绕地球、在地球上、在地球上方等运动,如导航图标114所指示的。可由涉及ー颗或更多颗卫星112的SPS结合至少SPSU 104来促成导航。移动站106可替换地被(可拆卸地或永久地)耦合到IMU 102和/或SPSU104(例如，作为物理上附连的或无线地耦合的単独模块)。移动站106可包括任何包含导航辅助有关特征的便携式设备。移动站106可实现为智能电话、移动电话、移动终端、个人数字助理(PDA)、个人信息管理器(PM)、个人导航设备(PND)、所谓的上网本、膝上型或笔记本计算机、娱乐设施(例如，媒体播放器、游戏机等)、专用导航设备、其某种组合、等等，这里仅列举了少数示例。下文特别參照图12来描述包括MU 102和SPSU 104的可以能够接收无线通信和/或导航信号并提供导航特征的一般性设备。在示例实现中，底座108可以固定地(但要么永久地要么可拆卸地)附于车辆110。底座108可被适配成接纳移动站106并将移动站106紧固至底座108。因此，移动站106经由底座108紧固成与车辆110呈固定关系。该安排使得用户在离开车辆110时能方便地帯走移动站106，而在车辆处于运动中时仍保持移动站106相对于车辆110固定。替换地，可在不使用底座108的情况下维持移动站106相对于车辆110呈恒定物理对准(例如，通过使用将移动站106直接耦合到车辆110的其他某种机制、通过手动保持其就位等)。本文中描述的示例实现可与各种SPS联用。示例包括，但不限于，美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯Glonass系统、欧洲Galileo (伽利略)系统、任何使用来自卫星系统的组合的卫星的系统、任何在将来开发的卫星系统等等。此外，本文中描述的实现可随同利用伪卫星或者卫星与伪卫星的组合的定位确定系统一起使用。伪卫星一般是广播被调制在L频带(或其他频率)载波信号上的伪随机噪声(PRN)码或其他测距码(例如，类似于GPS或CDMA蜂窝信号)的基于地面的发射机,该载波信号可以与GPS时间同步。姆ー个这样的发射机可以被指派唯一性的PN码从而准许其被远程接收机标识。伪卫星在其中来自轨道卫星的GPS信号可能不可用的境况中尤其有用，诸如在隧道、矿区、建筑、市区峡谷或其他封闭地区中。伪卫星的另ー种实现被称为无线电信标。如本文中所使用的术语“卫星”旨在包括伪卫星、伪卫星的等效物、以及相似和/或类同技木。如本文中所使用的术语“SPS信号” g在包括来自伪卫星或伪卫星的等效物的类SPS信号。
图2描绘根据一实现的包括示例MU 102和示例SPSU 104的框图200。在一示例中，IMU 102可包括至少ー个加速计202和至少ー个陀螺仪204。如所解说的，IMU 102包括三个加速计202(1)、202(2)和202 (3)以及三个陀螺仪204 (I)、204 (2)和204 (3)。然而，给定IMU 102可包括更多或更少加速计202和/或陀螺仪204。如图所示，每个加速计202(1)、202 (2)和202 (3)测量并提供各自相应的加速度206 (I)、206 (2)和206 (3)。类似地，每个陀螺仪204 (I)、204 (2)和204 (3)测量并提供各自相应的旋转208(1)、208(2)和208 (3)。而且，经由从卫星系统接收的和/或与卫星系统交换的信号，SPSU 104可提供SPS数据。例如，SPSU104可以能够提供位置数据210和/或速度数据212。若提供的是位置210 (而非速度212)，则位置210随时间的改变可被用来计算从SPS位置数据推导出的或另行基于SPS位置数据的速度212。一般而言，传感器(例如，加速计202、陀螺仪204等)可被包含在便携式设备自身内，或者可代替地与此类便携式设备通信。例如，此类传感器可被包含在可耦合到便携式电子设备的模块内以测量运动。此类模块可包括例如可以可拆卸地耦合到便携式电子设备的另ー电子设备。加速计可被用于感测重力或该加速计所体验到的任何其它(例如，线性)力的方向。陀螺仪可被用于测量旋转信息，包括航向改变。陀螺仪可检测由于例如在蜿蜒的道路或不平坦的道路上驾驶而导致的旋转。若特定实现采用加速计和陀螺仪(“gyros”)两者，则可提供6个维度的可观察性(x，y，z，ω，φ，ψ)。加速计可感测线性运动(例如，在诸如水平面之类的平面中的平移)。可參照至少两个维度来測量平移。这样的加速计还能提供对物体的倾斜(侧滚或俯仰)的測量。由此，有了单个3D加速计，就能感测对象在笛卡尔坐标空间(X，y, ζ)中的运动，并且能感测重力方向以估计该对象的侧滚(ω)和俯仰(φ)。由于加速计也许不能容易地区分对象的线性运动与倾斜，因此可以使用陀螺仪来测量绕(X，Y, ζ)坐标的旋转，即侧滚(ω)和/或俯仰(φ)和/或平摇(Ψ)，后者有时被称作方位角或航向。线性和角加速计、陀螺仪等可被整合到便携式电子设备中以提供胜任的方次的可观察性。ー些加速计可以提供幅值和/或方向，而其他加速计可能简单地提供运动指示而不带幅值。加速计可测量沿參照ー个、两个或三个线性方向的线的线性运动，这些线性方向往往用笛卡尔坐标(x，y，z)来述及。例如，ー维加速计可提供指示沿X-维的线性运动的测量。ニ维加速计可提供指示在沿X-維和I-维两者的平面中的线性运动的测量，而三维加速计可提供指示在沿x、y和ζ-维的3维空间中的线性运动的测量。仅作为示例，三维加速计可包括ニ维加速计与ー维加速计的组合，或者其可包括三个ー维加速计。测得加速度可以用向量形式来表达(例如，具有幅值和方向和/或与幅值和方向相关联)，或者它们可表达为标量值、一系列标量值、时变函数、其某种组合等。一般而言，カロ速计可包括用于检测运动并生成指示沿这样的加速计的这ー个、两个或三个维度的线性运动的信息的感测装置。替换地，可以使用非笛卡尔坐标系。在特定实现中，坐标系可定义相互正交的维度。应注意，可在所描述的实现中替换地采用不同于上述示例的加速计而不脱离所要求保护的主题内容。陀螺仪可測量旋转并用标量值、一系列标量值、时变函数、向量等来表示此类旋转运动，这里仅列举了少数示例。陀螺仪可測量绕ー个、两个或三个维的旋转运动(例如，向、量)。在ー个特定实现中，陀螺旋转可以是以坐标(ω，φ, ψ)的形式来测量的，其中tau(co)表示平摇或即绕ζ-维的旋转，phi (φ)表示侧滚或即绕X-维的旋转,而psi ( Ψ)表示俯仰或即绕y-维的旋转。在示例实现中，陀螺仪可包括ー维陀螺仪以提供指示绕第一维的旋转运动的測量。在另ー示例实现中，陀螺仪可包括ニ维陀螺仪以提供指示绕第一維和第二维的旋转运动的测量。类似地，在另ー示例实现中，陀螺仪可包括三维陀螺仪以提供指示绕第一、第二和第三维的旋转运动的測量。作为示例，此类三维陀螺仪可包括ニ维陀螺仪与ー维陀螺仪的组合，或者其可包括三个ー维陀螺 仪。旋转运动可由三个标量值、一系列标量值、向量形式的时变函数等来表示，这里仅列举了少数示例。在特定实现中，陀螺仪可包括用于检测运动并产生指示绕该陀螺仪的ー个、两个或三个维的旋转(例如，角)运动的信息的感测机制。应注意，可在所描述的实现中替换地采用不同于上述示例的陀螺仪而不脱离所要求保护的主题内容。举例而言，单个(例如，1-D)加速计可测量加速度，而单个(例如，1-D)陀螺仪可測量诸如倾斜或侧滚之类的旋转运动。另外，将两个単独的加速计、两个単独的陀螺仪、或者加速计与陀螺仪的组合整合到便携式电子设备中可以用来既感测加速度又感测角运动。在另ー示例中，三维加速计和三维陀螺仪(例如，包括三个I-D加速计和陀螺仪)提供六个维度的可观察性(χ，γ，χ，ω，φ, ψ)0可以使用维度约简的传感器来感测较少维度的加速度和/或旋转运动。例如，ニ维加速计和ニ维陀螺仪可以提供四个维度的可观察性(x，y，《，Φ)。本文中描述的某些示例实现可实现ー个或更多个维度的至少ー个加速计202以获得加速度数据206以及实现ー个或更多个维度的至少ー个陀螺仪204以获得旋转数据208。特别參照图3-6来描述不同的坐标系。如以上讨论的，可由IMU测量的方向可被变换到基于地球的坐标系以确定MU相对于基于地球的坐标系的空间对准。可采用ー个或更多个中间变换来达成整体变换。在某些示例实现中，从MU坐标系向基于地球的坐标系的转换是使用一系列(例如，三次)旋转来完成的。多个坐标系中的每ー个可从ー个坐标系变换到另ー个。为了从IMU坐标系转换到基于地球的坐标系，例如可使用变换矩阵。因此，可至少近似地确定MU坐标系与ECEF坐标系之间的变换矩阵。该旋转矩阵可被构造成一系列旋转，如下式(I)中所示
Γηη/ ハ n ECEF n ECEF n ENU n RCU/1 \Rimu =Renu RrcurIMU °⑴变量“RCU”代表右、对地航线(course-over-ground)、及上方向。变量“ENU”代表东、北、及上方向。如本文中所使用的，“基于地球的坐标系”可以指ECEF。“基于主方向的坐标系”可以指利用主方向的坐标系，诸如举例而言ENU系。“基于车辆的坐标系”可以指利用车辆的运动通常所在的方向的坐标系，诸如举例而言RCU系。因此，对于涉及式⑴的示例实现，变换可从MU前进至RCU，从RCU前进至ENU，以及从ENU前进至ECEF。可方便地选择RCU坐标系以使得RCU中已知的向量能在IMU坐
标系中測量。这促成了其向ECEF系中的变换，因为穴和ぼ两者皆可使用例如来自
SPS的数据来访问或获得。图3根据ー实现图形地解说ECEF坐标系与基于主方向的坐标系之间的示例关系300。换言之，图3可解说ECEF与ENU坐标系之间的示例关系。关系300被解说为包括代表地球的球形。地球被示为具有三个轴乂〖ぽ3^ぽ和2^ぽ。也画出了本初子午线作为參考。这些轴可代表ECEF。作为示例基于主方向的坐标系的ENU也包括三个轴。例如，这三个轴和方向可以为东(E)、北(N)和上(U)。应注意，鉴于该ENU和ECEF系在下文描述的示例数学实现中是同心的，图3有些许不精确。換言之，这两个系之间没有平移；因此，可在不平移的情况下使用旋转来完成变换。旋转及可取决于可从例如SPS解获得的大地測量学坐标纬度φ
和经度λ，如式⑵中所示
权利要求
1.ー种方法，包括 至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量単元(IMU)测得的ー个或更多个加速度； 将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联；以及至少部分地基于所述第一方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标识第一基于车辆的方向包括 探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示； 探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示；以及 基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述标识第一基于车辆的方向包括 探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示； 探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示；以及基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在干，进ー步包括 至少部分地基于涉及第ニ车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向；以及 将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联， 其中所述确定包括至少部分地基于所述第二方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定进ー步包括 将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向；以及 将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在干，进ー步包括 至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多个比较操作来标识上下方向；所述第三加速度对应于使用所述MU测得的至少ー个加速度；以及 将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联，所述上方向与重力方向至少基本平行， 其中所述确定所述IMU的空间对准包括至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述标识上下方向包括比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最強加速度；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。
11.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者是使用本征向量产生的。
12.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。
13.如权利要求I所述的方法，其特征在干，进ー步包括 将所述IMU的所述空间对准传送给另ー设备。
14.如权利要求I所述的方法，其特征在干，进ー步包括 将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航。
15.一种设备，包括 至少ー个存储器，配置成存储指令；以及 一个或更多个处理器，用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备 至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量単元(IMU)测得的ー个或更多个加速度； 将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联；以及 至少部分地基于所述第一方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准。
16.如权利要求15所述的设备,其特征在于,所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令以 探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示； 探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示；以及 基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。
18.如权利要求15所述的设备,其特征在于,所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令以 探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示； 探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示；以及 基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。
20.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备 至少部分地基于涉及第ニ车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向；以及 将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联， 其中为了确定所述IMU的空间对准，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令以至少部分地基于所述第二方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。
21.如权利要求20所述的设备,其特征在于,所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在干，为了确定所述IMU的空间对准，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令以 将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向；以及 将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向。
23.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备 至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多个比较操作来标识上下方向；所述第三加速度对应于使用所述MU测得的至少ー个加速度；以及 将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联，所述上方向与重力方向至少基本平行， 其中为了确定所述IMU的空间对准，所述ー个或更多个处理器进ー步用于至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，为了标识上下方向，所述ー个或更多个处理器进一步用于比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最強加速度；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。
25.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者是使用本征向量产生的。
26.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。
27.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备 将所述IMU的所述空间对准传送给另ー设备。
28.如权利要求15所述的设备，其特征在干，所述ー个或更多个处理器进ー步用于执行所述指令并使所述设备成为用于以下动作的专用计算设备 将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航。
29.—种设备,包括 用于至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向的装置，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量単元(IMU)测得的ー个或更多个加速度； 用于将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联的装置；以及 用于至少部分地基于所述第一方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准的装置。
30.如权利要求29所述的设备,其特征在于,所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。
31.如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述用于标识第一基于车辆的方向的装置包括 用于探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示的装置； 用于探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示的装置；以及 用于基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向的装置。
32.如权利要求29所述的设备,其特征在于,所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述用于标识第一基于车辆的方向的装置包括 用于探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示的装置； 用于探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示的装置；以及 用于基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向的装置。
34.如权利要求29所述的设备，其特征在干，进ー步包括 用于至少部分地基于涉及第ニ车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向的装置；以及 用于将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联的装置， 其中所述用于确定的装置包括用于至少部分地基于所述第二方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的装置。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。
36.如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述用于确定的装置进ー步包括 用于将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向的装置；以及 用于将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向的装置。
37.如权利要求29所述的设备，其特征在干，进ー步包括 用于至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的ー个或更多个比较操作来标识上下方向的装置；所述第三加速度对应于使用所述MU测得的至少ー个加速度；以及 用于将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联的装置，所述上方向与重力方向至少基本平行， 其中所述用于确定所述IMU的空间对准的装置包括用于至少部分地基于所述上方向来确定所述IMU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的装置。
38.如权利要求37所述的设备，其特征在于，所述用于标识上下方向的装置包括用于比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最強加速度的装置；并且其中所述上下方向对应于与所述最强加速度相关联的方向。
39.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者是使用本征向量产生的。
40.如权利要求29所述的设备，其特征在干，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。
41.如权利要求29所述的设备，其特征在干，进ー步包括 用于将所述IMU的所述空间对准传送给另ー设备的装置。
42.如权利要求29所述的设备，其特征在干，进ー步包括 用于将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航的装置。
43.ー种制品，包括其上存储有指令的至少ー个存储介质，所述指令能由ー个或更多个处理器执行以 至少部分地基于涉及第一车辆有关运动数据且涉及第一加速度或第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第一基于车辆的方向，所述第一加速度和所述第二加速度对应于使用惯性测量単元(IMU)测得的ー个或更多个加速度； 将所述第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联；以及至少部分地基于所述第一方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的空间对准。
44.如权利要求43所述的制品，其特征在于 ，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据。
45.如权利要求44所述的制品，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示； 探明从由卫星定位系统提供的数据推导出的所述加速度数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示；以及 基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。
46.如权利要求43所述的制品,其特征在于,所述第一基于车辆的方向包括右左方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第一车辆有关运动数据包括旋转数据。
47.如权利要求46所述的制品，其特征在于，为了标识第一基于车辆的方向，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 探明所述旋转数据与所述第一加速度之间和/或之中的至少ー个第一相关指示； 探明所述旋转数据与所述第二加速度之间和/或之中的至少ー个第二相关指示；以及基于所述至少ー个第一相关指示和/或所述至少ー个第二相关指示来选择与所述第一加速度或所述第二加速度相关联的方向作为所述第一基于车辆的方向。
48.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 至少部分地基于涉及第ニ车辆有关运动数据且涉及所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者的一个或更多个相关操作来标识第二基于车辆的方向；以及 将所述第二基于车辆的方向与能变换到所述基于地球的坐标系的第二方向相关联， 其中为了确定所述IMU的空间对准，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由ー个或更多个处理器执行以至少部分地基于所述第二方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的指令。
49.如权利要求48所述的制品，其特征在于，所述第一基于车辆的方向包括前后方向，所述第一方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的对地航线方向，且所述第一车辆有关运动数据包括从由卫星定位系统提供的数据推导出的加速度数据；并且其中所述第二基于车辆的方向包括右左方向，所述第二方向包括能变换到所述基于地球的坐标系的右方向，且所述第二车辆有关运动数据包括旋转数据。
50.如权利要求49所述的制品，其特征在干，为了确定所述IMU的空间对准，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 将所述右左方向和所述对地航线方向变换成基于主方向的坐标系中的方向；以及 将所述基于主方向的坐标系中的所述方向变换成所述基于地球的坐标系中的方向。
51.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 至少部分地基于涉及所述第一加速度、所述第二加速度、和第三加速度的一个或更多 个比较操作来标识上下方向；所述第三加速度对应于使用所述MU测得的至少ー个加速度；以及 将所述上下方向与能变换到所述基于地球的坐标系的上方向相关联，所述上方向与重力方向至少基本平行， 其中为了确定所述IMU的空间对准，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由ー个或更多个处理器执行以至少部分地基于所述上方向来确定所述MU相对于所述基于地球的坐标系的所述空间对准的指令。
52.如权利要求51所述的制品，其特征在于，为了标识上下方向，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令比较所述第一加速度、所述第二加速度和所述第三加速度以选择最強加速度；并且其中所述上下方向对应干与所述最强加速度相关联的方向。
53.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者是使用本征向量产生的。
54.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述第一加速度或所述第二加速度中的至少ー者包括投影到水平面上的加速度，所述水平面与上方向至少基本正交。
55.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 将所述IMU的所述空间对准传送给另ー设备。
56.如权利要求43所述的制品，其特征在于，所述至少一个存储介质上进一步存储有能由一个或更多个处理器执行以进行以下动作的指令 将所述IMU的所述空间对准应用于由卫星定位系统-惯性导航系统执行的导航。
全文摘要
本文中所公开的主题内容涉及用于确定惯性测量单元(IMU)的空间对准的系统和方法。作为示例，描述了一种方法，其中标识第一基于车辆的方向，并且将第一基于车辆的方向与能变换到基于地球的坐标系的第一方向相关联。至少部分地基于该第一方向来确定IMU的空间对准。
文档编号G01S19/35GK102648394SQ201080053678
公开日2012年8月22日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月20日
发明者J·佐姆坡 申请人:高通股份有限公司