用于处理无约束的便携式导航装置的垂直取向的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于提高平台(例如个人、车辆或船只)内的装置的导航方案的方法和设备，其中所述装置的移动性可以在所述平台内受约束或不受约束，并且其中所述装置可以倾斜到任何取向，包括垂直或接近垂直取向，并且仍提供无缝的导航。
【背景技术】
[0002]平台的惯性导航基于通过装置的惯性传感器(例如加速度计，陀螺仪)测量的比力与角速率的积分，该装置含有传感器并定位在支持运动的平台内。在传统系统中，装置拴到平台上。装置的测量可以用来确定装置和/或平台的定位、速度和姿态。
[0003]对于传统的惯性导航系统，平台内的惯性传感器的对准(即含有传感器的装置与平台的后向、横向和垂直轴的对准)通常是必需的。在惯性传感器未适当对准的情况下，使用来自惯性传感器的测量计算的定位和姿态将不能代表平台的状态。因此，为了实现高准确性的导航方案，惯性传感器必须拴在平台内，并且需要将装置小心地手动安装在平台内。
[0004]然而，不论在平台(例如个人、车辆或任何类型的船只)受约束还是不受约束，便携式导航装置(或支持导航的装置)都不能移动，并且将装置小心地安装或拴到平台都不是选择。
[0005]由于支持导航的装置(例如移动/智能电话)变得越来越流行，它们可以配备有辅助全球卫星定位系统(AGPS)芯片组，该辅助全球卫星定位系统(AGPS)芯片组具有高敏感性能力，即使在没有到卫星信号的清晰瞄准线的环境中也能够提供平台(例如用户)的绝对定位。在单独的AGPS信息不足的情况下的环境中，诸如深远的室内或在富有挑战性的城镇中心区导航或定域时，一种可能方案是加入手机塔识别，或如果可能的话，加入用于定位的手机塔的三边测量(在AGPS方案不可用的情况下)。尽管这些两种已知的定位方法在许多移动装置中可用，准确的室内定位仍存在挑战，并且不能满足当前的基于位置服务(LBS)的准确性要求。此外，这些方法仅仅可以平台的绝对航向，而无装置的航向上的任何信息。
[0006]支持导航的移动装置(例如移动/智能电话)可以配备有主要用于屏幕控制和娱乐应用的微机电系统(MEMS)传感器。由于非常高的噪声、较大的随机偏移率和装置相对于平台的频繁地改变的取向，这些传感器未广泛地用于导航目的。
[0007]移动装置还可以配备有磁力计，并且在一些情况下，已经表明，如果用户足够小心以相对于其主体沿特定取向保持装置，诸如当在校准磁力计之后小心地把持在用户的前面，加速度计和磁力计的导航方案也许是可能的。
[0008]然而，存在对提供以下导航方案的方法的需要，该导航方案能够准确地使用来自平台内的支持导航的装置的测量，并且由此在平台(即在室内或室外环境中)或平台内的装置的移动性没有约束的情况下确定装置/平台的导航状态。平台的定位和姿态的估计应当独立装置的使用(例如，用户在导航期间把持或移动装置的方式)。
[0009]还存在对这样的方法的需要，以允许装置倾斜到任何取向，包括垂直或接近垂直取向，同时仍提供无缝的导航信息，而无性能的退化。当支持导航的移动装置变得垂直或接近垂直时会出现问题，这是因为装置的方位(也称为航向)和横滚会具有较大变化，这也会弓I起平台的方位判断的较大变化。应理解，装置的方位和横滚的较大变化由俯仰、横滚和方位的界定引起。俯仰角度从-90度到90度，而方位和横滚均从-180度到180度。
[0010]方位角度是在东北平面中从北方向顺时针的航向，装置的俯仰角度是在装置的传感器坐标系的前向轴与东北平面之间的角度，横滚角度是围绕装置的前向轴的角度。当俯仰角度朝向90度或-90度转变时并且由于界定、尤其是所界定的俯仰角度的不连续性，随着装置的前向轴变得垂直，横滚和方位都倾向于表示东北平面中的角度。此外，如果俯仰角度从80度朝向90度改变，角度将会在其想要跨过90度的时候朝向80度回复。同样地，如果俯仰角度从-80度朝向-90度改变，即，角度将会在其想要跨过-90度的时候朝向-80度回复。因此，方位和横滚倾向于翻转180度，这会对使用装置中的传感器的导航方案造成问题。
[0011]因此，需要一种用于在装置的俯仰角度接近几乎90或-90度时减轻上述问题的方法。
【发明内容】
[0012]能够检测装置的前向轴的转变的方法和设备，其中所述装置的移动性可以在平台内受约束或不受约束，其中所述装置可以倾斜到任何取向，包括垂直或接近垂直取向，其中所述装置具有能够提供传感器读数的传感器，所述读数具有误差参数，其中所述转变涉及垂直或接近垂直取向，并且在检测到所述转变的情况下，更新所述坐标系，根据更新的坐标系改变所述传感器读数和误差参数，并根据更新的坐标系调整判断的所述装置的取向。
[0013]在装置的前向轴中检测的转变可以是下列中的一个:
[0014]-从水平或接近水平到垂直或接近垂直，
[0015]-从垂直或接近垂直到水平或接近水平，
[0016]-从向上垂直或接近向上垂直到向下垂直或接近向下垂直，或
[0017]-从向下垂直或接近向下垂直到向上垂直或接近向上垂直。
[0018]本方法和设备可以用于提高平台内的装置的导航方案，其中所述装置的移动性可以在所述平台内受约束或不受约束，并且其中所述装置可以倾斜到任何取向，包括垂直或接近垂直取向，同时提供无缝导航方案，而不使所述导航方案的性能退化。
[0019]不论是存在还是不存在绝对导航信息(例如，全球卫星导航系统(GNSS)或WiFi定位)，本方法都可以用于使用来自所述装置内的传感器(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计等)的测量(读数)的导航方案。
[0020]本装置可以包括能够提供传感器读数的传感器组件，所述传感器具有用于传感器的轴的对应坐标系，并且所述传感器读数具有对应的传感器的误差参数。
[0021]不论是存在还是不存在绝对导航?目息，都可以使用本方法。
[0022]在一个实施例中，本方法可以进一步包括能够避免坐标系之间的连续的必要转变的使用的程序。例如，其中由于步行者以手动悬摆方式(也称为手动摆动)携带在水平或接近水平与垂直或接近垂直之间连续移动并且反之亦然的装置，检测到转变。
[0023]在另一实施例中，本方法可以进一步包括能够检测转变是否合理、不是一个噪声或瞬时的不必要转变的程序。
[0024]在又一实施例中，本方法可以进一步包括在检测到转变之后根据更新的坐标系界定全部地或部分地重新初始化导航方案的重对准程序。
[0025]在又一实施例中，本方法可以基于用于这些经调整的要以缺省的轴界定进行界定的俯仰和横滚的当前轴界定从固有的俯仰和/或横滚值调整当前导航方案的输出俯仰和/或横滚。
[0026]应理解，可以可选地、单独地或结合地使用前述实施例中的任一个。
[0027]广义地说，在一些实施例中，用于提高装置的导航方案的方法和设备，所述装置具有能够提供传感器读数的传感器，其中所述传感器具有对应的坐标系，并且所述读数具有误差参数，其中所述装置的移动性可以在平台内受约束或不受约束，并且其中所述装置可以倾斜到任何取向，包括垂直或接近垂直取向，所述方法包括以下列方式中的任一种方式检测装置的前向轴:(i)从水平或接近水平到垂直或接近垂直，(ii)从垂直或接近垂直到水平或接近水平，Qii)从向上垂直或接近向上垂直到向下垂直或接近向下垂直，或(iv)从向下垂直或接近向下垂直到向上垂直或接近向上垂直；并且在检测到所述转变的情况下，更新所述坐标系，根据更新的坐标系改变所述传感器读数和误差参数，并根据更新的坐标系、在本文中界定的方法调整估计的所述装置的取向。
【附图说明】
[0028]图1示出了装置(a)的量测轴、装置与平台之间的未对准的一个实施例，其中平台是个人(b)或车辆(C);
[0029]图2示出了本方法的一个实施例的方框图(以虚线示出的可选的实施例)；
[0030]图3示出了在没有本方法的情况下的导航方案的第一轨迹结果，所述轨迹包括当装置的前向轴垂直或接近垂直时的持续时间，而无任何绝对导航更新；
[0031]图4示出了图3中的导航方案的俯仰、横滚和方位的结果；
[0032]图5示出了图3中的相同轨迹的轨迹结果，其中导航方案与本方法的一个实施例结合使用；
[0033]图6示出了图5中的方航方案的俯仰、横滚和方位的结果；
[0034]图7示出了在没有本方法的情况下的导航方案(实线