專利名稱：定位及路徑地圖生成系統及其數據采集分析方法
技術領域：
本發明涉及一種定位及路徑圖數據系統及其數據釆集分析方法。
背景技術：
傳統的車輛定位地圖和路徑地圖系統，包括第一套傳感器和第二套慣性傳感器或車輛狀態跟蹤傳感器。第一套傳感器用來記錄車輛的性能數據,而第二套慣性傳感器用來確定車輛的位置坐標、引擎的每分鐘轉速、節氣門位置和轉向角。第二套慣性傳感器，包括運動傳感器和加速度傳感器，可以用來確定車
輛的前進方向。值得注意的是，如果車輛的性能數據和實際位置誤差大于2-5英尺，則該性能數據參考價值不大。
車輛的位置坐標通常由全球定位系統(GPS)或類似系統確定。GPS是一個由覆蓋全球的24顆衛星組成的衛星系統，只有當GPS接收機鎖定其中至少三顆衛星時，GPS才能正常工作，計算出二維位置，也就是確定經度和緯度，從而更進一步地確定運動軌跡。如果需要得到三維位置或是運行姿態，也就是經度、緯度和高度，則必須接收四顆以上的衛星信號。
GPS接收機的平均定位精度只有15米或50英尺。而且該精度常常還受到大
氣條件及其他因素的影響。例如，在巿區有過多的高層建筑或屏蔽物會影響衛星信號的接收質量，山區地形也會影響衛星信號的接收質量。另外，當接收機處于房間內，或是隧道、峽谷、洞穴等地方，GPS信號也會受到干擾甚至消失。
隨著運動傳感器設備的發展，如運動傳感加速度傳感器，重力加速度傳感器，陀螺儀和類似傳感器的出現，，已經有人提出將這些產生輸入信號的傳感器集成到小型設備或便攜式設備，使得無需依賴衛星獲得位置信號的系統也應運而生，例如，在美國專利7138979中揭露了一種便攜式二維定位的輸入信號的產生方法及其便攜式設備，該專利揭露了利用照相機、陀螺儀，和/或加速度傳感器來檢測該設備在空間定位上的變化，從而產生顯示該變化的位置信號，該種系統無需依賴衛星獲得位置信號，也消除了前述的使用限制，并且該系統的精確度可以達到約2-5英尺。
通常，定位和路徑地圖生成系統的應用范圍包括小型車載/非車載單元在各種地形和環境下對行進路線的監測；在各種地形和環境下對目標物的確定和
指示；在運動過程中不斷向底層平臺用戶傳輸實施的位置和圖像數據；為無人
機、導彈、無人車輛、機器人等無人系統提供精確的路徑地圖數據。
4精確的定位和路徑地圖信息對于武裝部隊、海岸線警衛隊人員、消防人員、警察、搜救小組和緊急醫療救護人員非常有用，同時在狩獵、登山、劃船、帆傘運動、降落、登山等休閑娛樂中也非常有用。
但現有的定位和路徑地圖生成系統體積仍然較大，如將其用于便攜式電子設備中時仍需更新型的定位和路徑地圖生成系統，同時現有的定位和路徑地圖生成系統進一步提高其精度。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種體積小，便于攜帶、高精度的定位和路徑地圖生成系統。
為解決上述技術問題，本發明提供一種定位和路徑地圖生成系統及其數據采集分析方法。
在
圖1中，便攜式電子設備或車輛的剛性物體50的三維空間姿態，可以根據參考點55描述成三個角度航向角(來顯示)、橫滾角和俯仰角， 一般情況下，這些角度以當地水平面52為參考平面，例如，垂直于地球重力54的平面或是地球的黃道平面。航向角oc指在當地水平面52上從正北方向順時針轉到剛體10機頭方向間的夾角。俯仰角①指在物體縱軸56和當地水平面52間的一個角度。在航天應用領域，正俯仰角通常指機頭向上，負俯仰角指機頭向下。橫
滾角e指橫軸與當地水平面之間的轉動角度。習慣上，航天應用中的正橫滾角
指"右翼向下"，負橫滾角指"右翼向上"。本發明的定位和路徑地圖生成系統包括用于感應物體位置信息的數據信號的第一套傳感器；用于測量物體運動狀態的數據信號的第二套傳感器；
用于處理第一套傳感器和第二套傳感器產生的數據信號并計算物體前進方
向的信號處理裝置；
用于產生圖像數據信號的成像設備；
用于根據圖像數據信號來確定物體的行進距離及運動速度的圖像處理裝
置
本發明的定位和路徑地圖生成系統的數據采集分析方法，其特征在于包括以下步驟
1) 由第一套傳感器測量物體位置信息的第一組數據信號；
2) 由第二套傳感器測量物體運動狀態的第二組數據信號；
3) 由信號處理裝置對第一組數據信號和第二組數據信號進行處理；
4) 由信號處理裝置計算航向角a、①和e;
5) 將計算好的航向角轉化成與定位和路徑圖生成應用程序相兼容的輸入信
號；
在進行步驟l)至5)的同時可進行以下步驟
6) 由成像設備釆集物體的多重圖像數據信號；
7) 由圖像處理裝置對圖像數據信號進行處理；8) 由圖像處理裝置計算縮小倍數AMAG;
9) 圖像處理裝置利用縮小倍數A MAG計算采樣時間L和L之間的行進距離D^和行進速度R;
10) 將行進距離D^和行進速度R的數據轉換成與定位和路徑圖生成應用程序相兼容的輸入信號；
11) 利用應用程序以適當的圖形顯示相關的前進方向和行進距離，所述應用程序在信號處理裝置、圖像處理裝置或主控制器中執行，還可以由與該系統通信的本地或遠程處理設備執行。
本發明的定位和路徑地圖生成系統體積小，便于攜帶、精度高。
圖l為傾斜傳感器和參考水平面示意圖；圖2為定位及路徑地圖生成系統設備的框圖3為結合動作傳感器和成像設備的手持式定位和路徑圖生成系統的實施例示意圖4A為利用三角成像關系確定兩點之間的行進距離示意圖；圖4B為描述成像縮小的圖5為生成計算行進距離數據和生成路徑圖數據的圖形；圖6為生成和顯示路徑閨數據的方法流程圖。
具體實施例方式
本發明的定位和路徑圖生成系統包括用于感應物體位置信息的數據信號的第一套傳感器12;用于測量物體運動狀態的數據信號的第二套傳感器14;用于處理第一套傳感器12和第二套傳感器14所產生的數據信號并計算物體前進方向的信號處理裝置18;
用于產生圖像數據信號的成像設備16;
用于產生圖像數據信號、確定物體的距離及運動速度的圖像處理裝置11。如圖2,本發明的定位和路徑地圖生成系統中所述磁傳感器包括第一套傳感器12和第二套傳感器14,第一套傳感器12可以是磁羅盤，第二套傳感器14可
以是慣性傳感器或車輛跟蹤傳感器；本系統還包括成像設備16和圖象處理裝置11。
信號處理部分19用于產生關于前進方向的數據。利用第一套傳感器12可以測得物體50的位置，即航向角速度，橫滾角速度和俯仰角速度。
信號處理部分19的第一套傳感器12和第二套傳感器14用于產生數據信號，這些數據信號與加速度引起的傾斜和/或被測磁場強度相對應。這些數據信號傳送給信號處理裝置18后，信號處理裝置18處理數據信號，從而確定物體50的瞬時位置航向角、俯仰角和橫滾角。航向角對應前進方向。
圖像處理部分17用于產生圖像數據信號，確定物體50的距離及運動速度。例如，成像設備16以預定的固定速率產生多重圖像，如每秒300， OOO幀圖像，相當于連續的圖像幀之間的時間間隔為3.3亳秒。和圖像相關的數據信號傳送給圖像處理裝置ll,圖像處理裝置ll處理圖像數據信號，根據投影縮小的原理
確定距離和運動速度。
如圖3所示， 一套獨立的系統包括了第一套傳感器12、第二套傳感器14和成像設備16，更進一步地，包括信號處理裝置18和圖像處理裝置11，另外，還可以根據需要選擇是否增加主控制器25。
磁傳感設備和慣性傳感設備
常見的用于測量物體50的運動狀態的運動感應設備或動作傳感器包括加速度傳感器、應變計、壓電電氣設備、壓電電阻器、電容裝置、機械式開關、陀螺儀、磁羅盤、磁設備、光學設備、紅外設備等。要獲得完全的六自由度運動狀態，傳統的運動感應往往將二軸或三軸加速度傳感器與三軸陀螺儀相結合。加速度傳感器通過感應其在X方向和Y方向的傾斜度來測量橫滾角和俯仰角，陀螺儀提供加速度傳感器不易獲得的航向角速度，橫滾角速度和俯仰角速度。因此，常規的運動感應中，為了獲得六自由度的慣性感應，陀螺儀是必不可少的。
在自由空間，也就是說，在定義成沒有重力和磁場的條件下，二軸/三軸加速度傳感器加上三軸陀螺儀完全可以獲得六自由度運動信息。然而，在實際中，由于地球的引力和磁場的影響，"自由空間"是無法實現的，這也是傳統的路徑圖生成系統需要依賴額外的GPS的原因之一。
本定位與路徑地圖發生系統第二傳感器可為二軸加速度傳感器14，盡管本發明是聯系二軸加速度傳感器進行描述，但這些技術也適用于其他慣性傳感設備的發明。加速度傳感器14裝在物體50上，使得它的兩個傳感軸位于同一平面內，即，同一水平參考平面52，兩個傳感軸互相正交。例如，二軸加速度傳感器14可以為單片電路結構并固定連接到一塊子印刷電路板(PCB)上，而該子印刷電路板又可以垂直安裝在 一 個主印刷電路板上。
所述第一套傳感器為磁傳感器12,可包括電子羅盤，或者更特別地，可為捷聯式電子羅盤。磁傳感器12可感應位置信息偏航角速度、俯仰角速度和橫滾角速度，但主要還是利用X和Y方向的感應來測量航向角的變化。
三軸磁傳感器14的測量值由參數Mx， My， Mz,表示，分別對應X軸，Y軸和Z軸的磁場強度。二軸加速度傳感器12的測量值由參數Ax， Ay，表示，分別對應X軸和Y軸方向。
利用等式(1)計算物體50的俯仰角①，
—sirT1(-(J)
式中，g為重力加速度，約為9. 8m/s2利用等式(2)計算物體50的橫滾角e，5> = sin-1/(g. cos州 f )
7利用等式(3)計算物體50的航向角a
M"=M,.COW-Mz.sir^， NL指水平面52內的X軸磁場強度，NU指水平面52
內的Y軸磁場強度。
根據圖l,當物體50的三維姿態發生變化時，即，物體的X軸、Y軸、Z軸
的至少一個軸有所轉動，第一套磁傳感器12產生各個軸的磁場強度信號，即M"My， Mz。第二套傳感器"產生x軸和Y軸方向的加速度信號，即A" Ay。上述信號既可以是模擬信號，也可以是數字信號。
用于計算磁場強度M" M" 1和加速度&' Ay的數據信號，由數據信號處理裝置18提供。數據信號處理裝置18可以裝第一套傳感器12和/或者第二套傳感器14,或者就將傳感器作為系統中的單一結構。
為了改善信噪比(SNR),從第二套傳感器14和/或第一套傳感器12得到的數據信號通過低通濾波器21傳遞。此外，為了改善信噪比，第二套傳感器除了
使用一個二軸加速度傳感器外，還可以使用一對二軸加速度傳感器，將它們互相反方向地垂直安裝在物體50上，也就是說， 一個加速度傳感器14安裝在物體50的前向軸上，而另一個加速度傳感器14安裝在物體50的后向軸上。相對于只安裝一個二軸加速度傳感器，這樣做的目的是為了能夠產生兩倍的信號，進一步降低噪聲的影響。
如果參數信號是模擬信號，那么，信號處理裝置18將包括一個模數U/D)轉換器13。 一旦信號變成數字形式，它們就可以使用數據處理單元進行處理。
成像設備
本系統的圖像處理部分17安裝了成像設備16和圖像處理裝置11，產生圖
像數據信號，利用圖像數據信號可以計算出行進距離D1—"和行進速度R。成像設
備16以固定的速度產生并傳送預定的多重數字圖像。該圖像數據信號包括可檢
測到的"最顯著特征"，該特征包括至少兩個不同方面的尺寸，如可以測量的長
度，寬度、和/或高度。舉例來說，該顯著特征可以是人造結構、電線桿、樹木、巖石等等
成像i備16可以是數碼相機或類似的設備，尺寸小，重量輕的數碼成像單元以預定的速度獲取圖像，例如，每秒300， OOO個圖像幀，即連續的圖像幀之間的時間間隔為3. 3毫秒，實時地將數碼圖像數據信號傳輸給圖象處理設備l9。
信號處理裝置、圖像處理裝置及主控制器
如前所述，信號處理裝置18,圖像處理裝置ll和主控制器25都可以各自為一個設備，也可以兩兩組合，或是三者結合成為一個單元。簡單地說，系統的信號處理裝置18、圖像處理裝置11和主控器25都可以假定為獨立的設備。
每個信號處理裝置18，圖像處理裝置11和主控器25均可以包括易失去性存儲器(隨機存儲器)，非易失性存儲器(只讀存儲器)，和處理器或微處理器。處理器或微處理器可以執行基于軟、硬件的應用，驅動程序，算法等。這些軟、硬件的應用，驅動，算法等都可以儲存于非易失性存儲器中，并在易失性存儲器中執行。上述應用包括處理，傳輸，存儲數字和/或模擬信號；包括利用數據信號計算經過的距離和/或前進方向；和/或將原始數據及計算過的數據信號翻譯成機器語言或命令，并由處理設備執行后，產生路徑地圖。
更具體地說，利用等式U) ~ (3)及第一套傳感器12獲得的磁場強度數據和第二套傳感器14獲得的加速度數據，數據處理部分19執行或運行至少一種數據處理的應用來計算航向角cc，即前進方向。得到的航向角oc隨后被傳遞給圖象處理設備和/或主控制器25。另外，利用等式(l) ~ (3)及第一套傳感器12獲得的磁場強度數據和第二套傳感器14獲得的加速度數據，數據處理部分19執行或運行至少一種數據處理的應用，僅用于生成傳輸到圖像處理裝置11的數據信號。
圖像處理部分17中，成像設備16得到的圖像數據信號傳送給圖像處理裝置ll，由圖像處理裝置ll執行或運行至少一種應用，利用投影縮小的原理計算
物體50的行進距離D^和行進速度R。圖像處理裝置11進一步將計算好的行進
距離D^和行進速度R傳送給信號處理裝置18和/或主控制器25。
圖像處理部分17的至少一種圖像處理的應用可以識別物體的顯著特征，例如， 一個人造/天然物體，第一個圖像為In依次類推至后面的圖像In (其中n為正整數)，都具有該共同特征。舉例來說，該顯著特征可以是人造結構、電線桿、樹木、巖石等等。
圖像處理部分17進一步確認兩個圖像，如圖像L和圖像L在長度、寬度和/高度中的至少一維上具有共同的顯著特征。參考圖4A和4B，兩個圖像的顯著特征測量以后，圖像處理部分17計算標量縮小倍數AMAG。例如，通過包括透鏡成像原理和三角關系的智能算法可以得到標量縮小倍數AMAG。此外，圖像處理部分17可以使用歷史數據，并通過實驗室或現場實驗/標定對標量縮小倍數A MAG進行修改。
一旦圖像處理部分17計算好標量縮小倍數AMAG， L時刻獲取的圖像L和Tn時刻獲取的圖像In之間的行進距離D^及行進速度R都可以計算得到。將行進
距離D^和行進速度R傳送給信號處理裝置18和/或主控器25。另外，也可以通過圖像處理部分17來執行或運行至少一種應用，從而產生原始信號數據，將
信號數據傳送給信號處理裝置18和/或主控器25后，計算得到行進距離"-"及行進速度R。
當來自圖像處理部分17和信號處理部分19的數據信號傳送到單一主控制器25時，主控制器25將前進方向數據與各自的行進距離u^和行進速度R結合
后，結合在一起的行進距離D1—"和前進方向數據轉換成信號，用于生成、圖形繪制和/或顯示物體50行進和靜止時的定位和路徑圖。
下面對本發明的定位和路徑地圖生成系統的數據采集分析方法進行描述
圖6為生成和顯示路徑地圖數據的方法流程圖，本發明的方法包括以下步
驟
1) 由第一套傳感器12測量物體位置信息的第一組數據信號；
2) 由第二套傳感器14測量物體運動狀態的第二組數據信號；
3 )由信號處理裝置18對第一組數據信號和第二組數據信號進行處理；
4) 由信號處理裝置18計算航向角cc、橫滾角①和俯仰角e;
5) 將計算好的航向角、橫滾角和俯仰角轉化成與定位和路徑圖生成應用程序相兼容的輸入信號；
在進行步驟l)至5)的同時可進行以下步驟
6) 由成像設備16采集物體的多重圖像數據信號；
7) 由圖像處理裝置ll對圖像數據信號進行處理；
8) 由圖像處理裝置11計算縮小倍數A MAG;
9) 圖像處理裝置11利用縮小倍數A MAG計算采樣時間L和L之間的行進距離D^和行進速度R;
10) 將行進距離Dn—"和行進速度R的數據轉換成與定位和路徑圖生成應用程序相兼容的輸入信號；
11) 利用應用程序以適當的圖形顯示相關的前進方向和行進距離，所述應用程序在信號處理裝置、圖像處理裝置或主控制器中執行，還可以由與該系統通信的本地或遠程處理設備執行。
該方法將第二套傳感器14 (二軸或三軸加速度傳感器)，第一套傳感器12(三軸磁傳感器)，以及一個成像設備集成在系統中。該系統安裝在車輛或是其他交通設備上。二軸或三軸加速度傳感器，以及三軸磁傳感器，用于分別產生第二組信號和第一組信號(步驟1A)，而成像設備則用于產生第三組信號(步驟1B)。
由二軸或三軸加速度傳感器產生第二組信號，該信號與加速度和/或加速度的變化相對應，和設備的慣性姿態成正比。盡管加速度和/或加速度的變化在這里的描述是針對X方向和Y方向的，但本發明也包括了在X方向，Y方向，Z方向的加速度和/或加速度的變化。由第一套傳感器產生的第一組信號和X軸，Y軸，Z軸的磁場強度和/或磁場強度變化相對應。由成像設備產生的第三組信號和預定速率(如300, 000幀/秒)獲取的多元實時圖像相對應。
產生的第一組和第二組信號傳送給信號處理裝置進行處理(步驟2A)。信號
處理包括但不僅限于信號模數轉換和/或信號過濾，降低信噪比。
處理完第一組和第二組生成信號所對應的數字信號(步驟2A),信號處理裝置，或者還可以是一個主控制器利用該信號來計算偏航角(步驟3A)和/或偏航
角的變化。當系統轉動其至少一個慣性軸時，部分或全部的加速度和磁場將會產生變化，轉變成相關的航向角變化。
在步驟1A-3A后，第一組和第二組連續信號的變化a M或a A決定了 (步驟4A)變化是否可以讀取，也就是說，該變化要足夠大，從而滿足航向角的計算。步驟4A過程中，還包括最小化第一組和第二組信號的傳輸數量，最小化傳輸數據的過濾總量，最小化計算量。
計算好的航向角轉化成輸入信號(步驟5A)，該輸入信號和應用程序兼容，應用程序將在該設備上或者可以在該設備上執行，應用程序還可以由與該系統通信的本地或遠程處理設備執行。翻譯好的信號可以運用在一種或一種以上的
信號處理裝置、圖像處理裝置和主控制器，從而航向角CC和行進距離Dh在Tn
時刻結合并提供路徑地圖的一條分支或分支的一部分。更具體地說，計算好的航向角oc翻譯成計算機語言的輸入信號(步驟5A),從而改變應用程序的一項執行。
連續執行步驟1A-5A過程中，由圖像設備同時產生諸如數字圖像信號的第三組信號(步驟1B)。為了減少用于傳輸、過濾、卄算縮小倍數AMAG、計算行
進速度R、計算行進距離D^的圖像數據的總量，該設備和系統可以傳送、過濾和/或利用釆樣周期n進行計算，其中n是代表采樣圖像之間幀的數量，為正整數。
為便于說明，在圖6中，n = 100,當釆樣時鐘設置(或重設)為n-l后，和第三組信號相對應的圖像信號數據將等到下個1/100的圖像出現時才開始傳送，過濾和/或計算縮小倍數a MAG等。圖6進一步表明，當加速度aA和/或磁場強度a M在前進方向發生明顯變化時，采樣時鐘將設置(重設)成n=l。也就是說，采樣時鐘既可以通過人為設定，也可以在發生變化時自動設定。
圖像信號數據隨后傳送給圖像處理裝置(步驟2B)，圖像處理裝置對該數據
進行處理，包括但不限于過濾，從而使得信噪比減小，灰度減少等。
一旦第三組的圖像信號數據處理完(步驟2B)，圖像處理裝置，或者也可以
是與圖象處理設備相連的主控制器，首先確定一組連續圖像數據中共同擁有的最顯著特征。圖像中的最顯著特征可能是一個自然物體，也可能是人造物體。確定好最顯著的共同特征后，圖像處理裝置根據至少一維上的共同特征和采樣時間計算縮小倍數a MAG (步驟犯)。其中，縮小倍數a MAG是一個反映成像設備接近最顯著特征的標量。隨后，圖像處理裝置使用縮小倍數a MAG重新計算采
樣時間T和Tn之間的行進距離D^和行進速度R (步驟4B )。
圖4B和圖5詳細描述了縮小技術。圖5中的圖表顯示手動傳送系統。在新的時鐘周期的采樣時間L時刻，成像設備記錄了第一個圖像H"該圖像與第一個前進方向85相對應。只要當系統行進在第一個前進方向85和/或前進方向85的小角度范圍內，如±5度，圖像處理裝置或主控制器確定人造物體80為最顯著特征。在采樣時間L時刻，該人造物體80就成為第一個圖像H"當圖像設備和系統靠近人造設備80時，在L時刻，對比第一個圖像H"代
表圖像Hn至少一維將變大。兩個圖像之間的變化可以測量出來。尺寸的增長與
前面提到的縮小倍數A MAG相對應，在圖4B中表現為長度和高度的變化。
正如前面提到的，當設備或系統前進方向與第一個前進方向85產生明顯變化時，航向角、磁場變化、加速度的變化可以自動設定或重新設置采樣時鐘，使得n-l。對每一個新的采樣時鐘，圖像處理裝置或者還可以是主控制器將繼續找出連續圖像中共同的顯著特征，如一棵樹90。圖像處理裝置或主控制器利用瞬時圖像數據信號重新計算顯著特征的縮小倍數A MAG(步驟3B)。進一步地，圖像處理裝置利用縮小倍數A MAG計算采樣時間L和L之間的行進距離D_,其中m為正整數(步驟4B)。
計算好的行進距離Dh 、 Dni和行進速度R轉換成與定位和路徑地圖生成應用程序相兼容的輸入信號(步驟5B),應用程序將在該設備上或者可以在該設備上執行，應用程序還可以由與該系統通信的本地或遠程處理設備執行(步驟5B)。結合定位和路徑地圖生成應用程序，釆樣時間內的行進距離Dni和行進速度R翻譯成對應的前進方向輸入信號。因此，應用程序將以適當的圖形顯示相關的前進方向和行進距離(步驟6)。當前進方向或該方向上的前進距離翻譯并輸入給應用程序，二維/三維顯示圖像隨之進行調整。
本發明的應用并不僅限于便攜式設備，且適用任何具有人機交互(即用戶界面)的電子設備。
盡管本發明是聯系機動車輛或手動交通工具來進行描述的，但本發明不僅限于此。舉例來說，"車輛，，還可能是海上船只或遠洋船只、飛機、飛船、火箭、導彈、衛星、數碼相機等。所述方法略加改動也適用與上述設備、系統。
權利要求
1.一種定位和路徑地圖生成系統，包括用于感應物體位置信息的數據信號的第一套傳感器(12)；用于測量物體運動狀態的數據信號的第二套傳感器(14)；其特征在于還包括用于處理第一套傳感器(12)和第二套傳感器(14)產生的數據信號并計算物體前進方向的信號處理裝置(18)；用于產生圖像數據信號的成像設備(16)；用于根據圖像數據信號來確定物體的行進距離及運動速度的圖像處理裝置(11)。
2. 根據權利要求1所述的定位和路徑地圖生成系統,其特征在于還包括至少一個主控制器(25),主控制器(25)與信號處理裝置和圖像處理裝置相連。
3. 根據權利要求1所述的定位和路徑地圖生成系統，其特征在于:所述第一套傳感器(U)用于產生第一組數據信號，且與三個正交軸上的磁場強度相對應。
4. 根據權利要求l所述的定位和路徑地圖生成系統，其特征在于:所述第二套傳感器(14)用于產生第二組數據信號，與兩個或三個正交軸上的加速度相對應。
5. 根據權利要求1所述的定位和路徑地圖生成系統，其特征在于所述第一套傳感器(12)包括三軸電子羅盤。
6. 根據權利要求1所述的定位和路徑地圖生成系統,其特征在于所述第二套傳感器(14)包括慣性傳感器。
7. 根據權利要求6所述的定位和路徑地圖生成系統,其特征在于所述第二套傳感器(14)包括二軸或三軸加速度傳感器。
8. 根據權利要求6所述的定位和路徑地圖生成系統，其特征在于所述二軸或三軸加速度傳感器設置成一個或兩個。
9. 根據權利要求l所述的定位和路徑地圖生成系統的數據釆集分析方法，其特征在于包括以下步驟1) 由第一套傳感器(12)測量物體位置信息的第一組數據信號；2) 由第二套傳感器(14)測量物體運動狀態的第二組數據信號；3) 由信號處理裝置(18)對第一組數據信號和第二組數據信號進行處理；4) 由信號處理裝置(18)計算航向角a、 (D和e;5) 將計算好的航向角轉化成與定位和路徑圖生成應用程序相兼容的輸入信號；在進行步驟l)至5)的同時進行以下步驟6) 由成像設備(16)采集物體的多重圖像數據信號；7) 由圖像處理裝置(11)對圖像數據信號進行處理；8)由圖像處理裝置(11)計算縮小倍數A MAG;9)圖像處理裝置(11)利用縮小倍數A MAG計算釆樣時間L和L之間的行進距離D^和行進速度R;10) 將行進距離Dn—"和行進速度R的數據轉換成與定位和路徑圖生成應用程序相兼容的輸入信號；11) 利用應用程序以適當的圖形顯示相關的前進方向和行進距離，所述應用程序在信號處理裝置(18)、圖像處理裝置或主控制器(25)中執行，還可以由與該系統通信的本地或遠程處理設備執行。
10. 根據權利要求9所述的定位和路徑地圖生成系統的數據釆集分析方法，其特征在于在所述步驟4)中，利用等式(1)計算物體的俯仰角①，式中，g為重力加速度；利用等式(2)計算物體的橫滾角e，e-sin"[乓/(g.cos^)] (2)利用等式a-tan-'(M,A^)計算前進方向a，其中，MjA = M,cos^ + M, sin^-sin ^ + M,cos^'sin- = M,cos^ —Mz'sin^Ax、 Ay表示物體在X軸和Y軸方向的加速度測量值。
11. 根據權利要求9所述的定位和路徑地圖生成系統的數據釆集分析方法，其特征在于在所述步驟8)中，利用透鏡成像原理和三角關系的智能算法得到縮小倍數AMAG。
全文摘要
本發明公開了一種定位及路徑地圖生成系統及其數據采集分析方法，定位及路徑地圖生成系統包括用于感應物體位置信息的數據信號的第一磁傳感器；用于測量物體運動狀態的數據信號的第二磁傳感器；還包括用于處理第一磁傳感器和第二磁傳感器產生的數據信號并計算物體前進方向的信號處理裝置；用于產生圖像數據信號的成像設備；用于根據圖像數據信號來確定物體的行進距離及運動速度的圖像處理裝置。本發明的定位和路徑地圖生成系統體積小，便于攜帶、精度高。
文檔編號G01C21/34GK101556154SQ200810156598
公開日2009年10月14日 申請日期2008年10月13日 優先權日2008年10月13日
發明者晉 梁, 陽 趙 申請人:美新半導體(無錫)有限公司