用于多通平滑的方法和系統與流程
相關專利的交叉引用
本發明權利要求優先于和受益于本發明的專利權人于2015年2月26日提交的美國專利申請號15/054,792、名為“多通平滑的方法和系統(methodandsystemformultiplepasssmoothing)”的發明申請。
本發明公開涉及用于增強設備的導航解算的方法和系統，并且更具體地涉及執行多通平滑的技術。
背景技術：
便攜式電子設備，例如那些配置為手持或其他與用戶關聯的設備，廣泛地使用于不同的應用場景和環境中。越來越多地，此類設備裝備有一個或多個傳感器或其他用于確定便攜式設備的位置或運動的系統。特別地，諸如智能手機、平板、智能手表的設備和其他便攜式設備可具有諸如陀螺儀、加速計、磁力計和氣壓計的低成本的微電子機械系統(mems)傳感器的特征。這些傳感器尺寸小、重量輕、能耗低和極其低成本。由于這些優點，mems傳感器已基本上成為運動跟蹤和導航應用的合適備選。對于消費者可便攜設備，慣性導航系統(ins)和航位推算例如步行者航位推算(pdr)可采用慣性傳感器用于導航。pdr可以是采用慣性傳感器在諸如行走或跑步等徒步運動情況下的導航算法，其他航位推算技術可用于車輛航位推算(當測量車輛的速度時)或循環航位推算(當檢測周期性的運動時)。ins還用于車輛或其他船舶。慣性傳感器不依賴于來自外部源信號的發送或接收，因而完全適宜于在室內/室外環境下提供連續信息。
然而，慣性傳感器僅提供短期精度并且精度隨時間而降低。雖然水平姿態(即，橫滾和俯仰)誤差可以由加速計測量控制，但當沒有輔助信息時，航向誤差顯著地增加。更進一步，由于移動設備的朝向相對于平臺或用戶的身體移動方向持續變化，便攜式導航應用(例如其中的步行者應用)存在對不準問題。為了校正持續增加的誤差，需要諸如絕對導航信息的外部技術，例如，全球導航衛星系統(gnss)或磁力計。此類技術無法提供足夠的可靠性。特別地，通常gnss信號太微弱而無法穿透室內環境；另外，在深度城市化區域存在顯著地多徑效應。而且，當使用磁力計時，本地磁場易受室內或城市環境的人造基礎設施的干涉影響，從而使得磁力計航向角不可靠。
結果是，集成的多傳感器導航效果并不能滿足所有應用的需求，特別是對于便攜式導航。因此，需要諸如平滑的其他方法來增強導航效果。當包含傳感器的設備在受限于或不受限于平臺(用戶、車輛或任何類型的船艦)中移動，并且該設備的朝向相對于平臺可以自由變化，以及該平臺可以到達任何環境(即使沒有可用的絕對導航信息)時，這樣的便攜式導航設備對平滑技術提出了挑戰，現有的平滑技術可能無法提供期望的效果。因此，需要更為有效的平滑技術以應對所有的挑戰，特別是針對便攜式設備導航。正如下文所述，本公開滿足這些和其他的需求。
技術實現要素：
如下所詳述的，本公開包括通過多通平滑增強設備和平臺的導航解算的方法，其中設備的移動性受限于或不限于平臺，并且其中設備可朝向任何方向。方法涉及獲取包括表示設備運動的從第一瞬態到隨后的第二瞬態的多個時段的傳感器數據的輸入數據，執行輸入數據的前向處理從而為各時段獲取臨時前向導航解算，執行輸入數據的后向處理從而為各時段獲取臨時后向導航解算，從臨時前向導航解算和后向導航解算組合至少一個物理量的導航解算從而獲得平滑后的至少一個組合物理量，執行輸入數據和至少一個組合物理量的前向處理從而為各時段獲取增強的臨時前向導航解算，執行輸入數據和至少一個組合物理量的后向處理從而為各時段獲取增強的臨時后向導航解算，從增強的臨時前向導航解算和后向導航解算中組合至少一個非組合物理量以獲取增強的平滑后的導航解算并提供該增強的平滑的導航解算。
進一步，本公開的技術可使用設備實現。該設備具有集成的傳感器組件，配置為，為設備在從第一瞬態到隨后的第二瞬態的多個時段輸出表示設備運動的傳感器數據，和處理器，配置為，通過獲取包括傳感器數據在內的輸入數據、執行輸入數據的前向處理從而為各時段獲取臨時前向導航解算、執行輸入數據的后向處理從而為各時段獲取臨時后向導航解算、從臨時前向導航解算和后向導航解算組成至少一個物理量的導航解算從而獲得平滑后的至少一個組合物理量、執行輸入數據和至少一個組合物理量的前向處理從而為各時段獲取增強的臨時前向導航解算、執行輸入數據和至少一個組合物理量的后向處理從而為各時段獲取增強的臨時后向導航解算、從增強的臨時前向導航解算和后向導航解算中組合至少一個非組合物理量以獲取增強的平滑后的導航解算并提供該增強的平滑后的導航解算，執行mps導航模塊從而為設備獲取優化的平滑后的導航解算。
本公開還包括用于增強設備的導航解算的服務器和多通平滑平臺。服務器具有用于接收設備提供的輸入數據的通信模塊，其中輸入數據包括在從第一瞬態到隨后的第二瞬態的多個時段的表示設備運動的傳感器數據，和處理器配置為，通過為各時段獲取臨時前向導航解算、執行輸入數據的后向處理從而為各時段獲取臨時后向導航解算、從臨時后向導航解算和前向導航解算組成至少一個數量的導航解算從而獲得平滑后的至少一個數量的組合導航解算、執行輸入數據和至少一個組合數量的前向處理從而為各時段獲取增強的臨時前向導航解算、執行輸入數據和至少一個組合數量的后向處理從而為各時段獲取增強的臨時后向導航解算、從增強的臨時前向導航解算和后向導航解算中組合至少一個非組合數量的導航解算以獲取增強的平滑后的導航解算并提供該增強的平滑后的導航解算，執行mps導航模塊從而為設備獲取優化的平滑后的導航解算。
還進一步，本公開包括通過多通平滑提供增強的平滑后的導航解算的系統。系統包括具有集成傳感器組件的設備，配置為，提供在從第一瞬態到隨后的第二瞬態的多個時段的表示設備運動的傳感器數據，和用于發送輸入數據的通信模塊和配置為從設備接收輸入數據的遠程處理資源，和包括處理器，配置為通過為各時段獲取臨時前向導航解算、執行輸入數據的后向處理從而為各時段獲取臨時后向導航解算、從臨時前向導航解算和后向導航解算組合至少一個物理量的導航解算從而獲得平滑后的至少一個物理量的組合導航解算、執行輸入數據和至少一個組合物理量的前向處理從而為各時段獲取增強的臨時前向導航解算、執行輸入數據和至少一個組合物理量的后向處理從而為各時段獲取增強的臨時后向導航解算、從增強的臨時前向導航解算和后向導航解算中組合至少一個非組合物理量以獲取增強的平滑后的導航解算并提供該增強的平滑后的導航解算，執行mps導航模塊從而為設備獲取優化的、平滑后的導航解算。
附圖說明
圖1是根據一實施例的通過多通平滑增強導航解算的系統的原理圖。
圖2是根據一實施例的通過多通平滑增強導航解算的設備的原理圖。
圖3是根據一實施例的通過多通平滑增強導航解算的例程的流程圖。
圖4a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在手持使用情形下包含第一偏離角的導航解算多通平滑結果。
圖5a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在手持使用情形下包含第二偏離角的導航解算多通平滑結果。
圖6a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在手持使用情形下包含第三偏離角的導航解算多通平滑結果。
圖7a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在耳中使用情形下包含第一方向的導航解算多通平滑結果。
圖8a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在耳中使用情形下包含第二方向的導航解算多通平滑結果。
圖9a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在耳中使用情形下包含第三方向的導航解算多通平滑結果。
圖10a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在搖晃使用情形下包含第一方向的導航解算多通平滑結果。
圖11a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在搖晃使用情形下包含第二方向的導航解算多通平滑結果。
圖12a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在搖晃使用情形下包含第三方向的導航解算多通平滑結果。
圖13a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在口袋中使用情形下包含第一方向的導航解算多通平滑結果。
圖14a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在口袋中使用情形下包含第二方向的導航解算多通平滑結果。
圖15a-d描繪了根據一實施例的便攜式設備在口袋中使用情形下包含第三方向的導航解算多通平滑結果。
圖16a和b描繪了根據一實施例的便攜式設備在第一直線軌跡中的導航解算多通平滑結果。
圖17a和b描繪了根據一實施例的便攜式設備在第二直線軌跡中的導航解算多通平滑結果。
圖18a和b描繪了根據一實施例的便攜式設備在具有單一轉向的軌跡中的導航解算多通平滑結果。
圖19a和b描繪了根據一實施例的便攜式設備在具有兩個轉向的軌跡中的導航解算多通平滑結果。
圖20a和b描繪了根據一實施例的在第一測試中導航解算的高度平滑結果。
圖21描繪了根據一實施例的在第二測試中導航解算的高度平滑結果。
圖22描繪了根據一實施例的在第一測試中導航解算的速度平滑結果。
圖23描繪了根據一實施例的在第二測試中導航解算的速度平滑結果。
圖24描繪了根據一實施例的在第三測試中導航解算的速度平滑結果。
具體實施方式
從一開始應理解的是，本公開并不局限于特定的示例性的材料、構造、例程、方法或結構，因為這些是可變化的。因而，雖然有許多此類的可選的、相似的或相同的材料和方法可用于本公開的實踐或實施例中，這里僅說明選優的材料和方法。
還應理解的是所使用的術語僅出于說明本發明的典型實施例的目的，因而并不局限于此范圍。
與附圖關聯的下面提出的詳細描述目的是作為本發明公開的示例實施例的描述，并不是本發明公開實際應用的唯一示例實施例。本文中的術語“示例的”指的是“作為舉例、實例或說明”，不應理解為比其他實施例更優選或更有益。詳細地描述包括具體的細節目的是提供對說明書中的示例實施例的完全理解。說明書中的實施例對于本領域技術人員是顯而易見的。在一些實施例中，眾所周知的結構和設備以框圖顯示從而避免影響對本發明示例實施例的創新展現。
僅為了方便和清晰的目的，方向性術語，例如頂部、底部、左、右、上、下、上面、下面、上部、下部、在下面、后面、后部和前面，與相關的附圖或芯片實施例中使用。這些相似的方向性術語不應理解為限制本公開的范圍。
在此說明書和權利要求中，應理解的是當元件說明為“連接到”或“耦合于”另一元件，其可以是直接連接到或耦合于其他元件或是存在通過其他中間元件。與此相反，當元件說明為“直接連接到”或“直接耦合于”另一元件時，不存在其他中間元件。
部分的詳細描述方式展現為程序、邏輯塊、進程和計算機存儲中的數據塊操作。這些描述和展現是數據處理領域的技術人員向本領域其他技術人員有效表達他們主要工作的方式。在本專利申請中，程序、邏輯塊、進程等自洽為產生期望結果的步驟或指令。步驟是那些要求物理量的物理操作。通常地，雖然不是必須的，這些物理量表現為可以存儲、傳輸、組合、對比和在計算機系統中操縱的電信號或磁信號。
然而，應理解的是，所有這些相似的術語可關聯于合適的物理量和僅僅應用于這些物理量的便利的標簽。除非特殊地陳述，否則在下列討論中將是明顯的，在整個本申請中，使用如“存取”、“接收”、“發送”、“使用”、“選擇”、“確定”、“標準化”、“乘”、“除”、“監控”、“比較”、“應用”、“更新”、“測量”、“導出”等的術語指代計算機系統，或類似電子計算設備的動作進行的討論將是可以理解的，它們把表示計算機系統寄存器和存儲器內的物理(電子)量的數據操作和變換乘其他的相似的表示計算機系統存儲器或寄存器或其他這些信息存儲器、發射器或顯示設備內的物理量的數據。
本文描述的實施例將會在一般背景的可執行程序指令內進行討論，這些指令位于某些形式的非瞬態處理器可讀介質內，如程序模塊，由一個或多個計算機或其他設備進行執行。通常，程序模塊包括例程，程序，對象，組件，數據結構等，其執行特殊任務或實現特殊抽象數據類型。程序模塊的功能可以根據需要在不同實施例中被組合或分開。
在各附圖中，單個塊可被描述為執行一個功能或多個功能；然而，在實際實踐中，由該塊執行的這一個功能或多個功能可在單個組件中或者跨多個組件執行、和/或可使用硬件、使用軟件、或者使用硬件和軟件的組合來執行。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、塊、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現為硬件還是軟件取決于具體應用和施加于整體系統的設計約束。技術人員對于每種特定應用可用不同的方式來實現所描述的功能性，但這樣的實現決策不應被解讀成導致脫離了本發明的范圍。此外，示例性無線通信設備可包括不同于所示出的那些的組件，包括諸如處理器、存儲器、以及類似組件的眾所周知的組件。
本文中所描述的技術可以在硬件、軟件、固件、或其任何組合中實現，除非被具體描述為以特定方式實現。描述為模塊或組件的任何特征也可一起實現在集成邏輯器件中或者分開地實現為分立但可互操作的邏輯器件。如果在軟件中實現，這些技術可至少部分地由包括指令的非瞬態處理器可讀存儲介質來實現，這些指令在被執行時執行以上所描述的一種或多種方法。非瞬態處理器可讀數據存儲介質可構成可包括包裝材料的計算機程序產品的一部分。
非易失的處理器可讀存儲媒介包括隨機存取存儲器(ram)，例如同步動態隨機存儲器(sdram)、只讀存儲器(rom)、非易失隨機存取存儲器(nvram)、電可擦除只讀存儲器(eeprom)、閃速存儲器以及其他所知的存儲介質。另外的或可選地，技術可至少部分地由處理器可讀取通信媒介實現。處理器可讀取通信媒介加載或傳輸指令或數據結構形式的編碼并由計算機或其他處理器訪問、讀取和/或執行。例如，載波可應用于攜帶計算機可讀取電子數據從而可用于發送和接收電子郵件或在諸如互聯網或局域網(lan)等網絡中訪問。當然，在不背離本發明權利要求范圍能有各種配置修改和變化。
本公開中與實施例關聯的各種說明性的邏輯塊、模塊、電路和指令可以由一個或多個處理器執行，例如一個或多個運動處理單元(mpu)、數字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、專用指令集處理器(asip)、現場可編程門陣列(fpga)和其他相同的集成或離散的邏輯電路。這里所使用的術語“處理器”，指的是任何前面提到的架構或任何其他適宜于實現所述技術的架構。另外，在一些方面，這里所述的功能可由如所述配置的專用軟件模塊或硬件模塊提供。另外，技術可完全在一個或多個電路或邏輯元件中實現。通過處理器可以是微處理器，但可選地，處理器可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可以由計算設備的組合實現，例如mpu和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器與mpu核心的結合或任何其他的配置。
除另外定義以外，這里所使用的所有的技術和科學術語含義與本領域普通技術人員通常理解的意思相同。
最后，正如本說明書和后面的權利要求中所使用的，除清楚地指示以外，冠詞“a”、“an”和“the”包含復數的指代。
本公開的技術指的是通過執行多通平滑(mps)的設備增強導航解算。多通平滑(mps)即前向和后向處理包含例如陀螺儀數據和加速計數據的運動傳感器數據的輸入數據。輸入數據包括來自其他可用的源的信息，例如絕對導航信息、用戶動力學模型(例如，步長估算)、傳感器性能特征(舉例來說)、增補的傳感器數據和其他數據。增強的導航解算包括任何適合的有關設備的位置、運動和/或方向的信息。例如，導航解算可能包括位置、速率和姿態、位置和姿態、位置和速率、位置和速度、姿態自身或這些物理量的其他組合。導航解算還包括其他相關的物理量，例如用于輸入數據誤差的物理量。本發明中的術語“導航”不限于在線或實時導航解算，還包括離線或其中其他的后處理解算。
通常來說，執行輸入數據的前向處理和后向處理以獲取臨時導航解算。通過組合臨時導航解算的一個或多個物理量以平滑物理量。使用導航解算的物理量執行前向和后向處理的至少一個附加的遍歷從而增強臨時導航解算。然后，組合來自臨時導航解算的增強導航解算的至少一個未組合物理量從而提供增強的平滑后的導航解算。根據需要，可以執行另外的遍歷以組合導航解算的其他物理量。
本公開的mps技術可用于任何應用，例如步行、跑步、騎自行車和乘汽車或任何類型的船艦，和用于任何使用情形，例如手持、在耳中、搖晃、在口袋中、在座位上、在搖籃中以及除此之外的情況。另外，這些mps技術還應用于使用任何導航技術，例如pdr、ins、gnss或集成的導航解算，獲取導航解算。進一步，這些mps技術還單獨應用于慣性傳感數據(例如，陀螺儀和加速計)以及當來自包括其他傳感器(例如，磁力計和氣壓計)、技術(例如，gnss、wifi和里程計)或更新(例如，步行運動模塊)在內的其他源信息可用時的輸入數據。進一步，這些mps技術可連同任何類型的狀態估計協同獲取導航估算，包括卡爾曼濾波、粒子濾波以及除此之外的其他濾波。更進一步，無論測程儀傳感器數據是否可用，這些mps技術可被采用。因此，技術可用于(i)任務之后(即，完成數據記錄和前向的導航解算之后)而無論現場或之后的任何時間；或(ii)在任務中，具有大塊的測程儀傳感器數據讀取和前向濾波結果，以及或者在運行后向平滑(a)在后向例程或在另一處理器或核心內，或者(b)在有目的的、允許執行后向處理的停止階段。
為了幫助說明這些方面，圖1描述了通過mps增強用于設備的導航解算的典型系統，其中設備100以高階示意塊表示。可以理解的，設備100可實現為設備或裝置，例如可由用戶和其運動在空間中移動的便攜式設備或手持設備，因而可檢測在空間中的位置和/或方向。例如，此便攜式設備可以是移動電話(例如，智能手機、移動電話、運行在本地網的電話或任何其他手持電話)、平板電腦、掌上電腦(pda)、電子游戲機、視頻游戲控制器、導航設備、可穿戴設備(例如，眼鏡、手表、皮帶夾)、健身追蹤器、虛擬現實或增強現實裝備、移動互聯網設備(mid)、便攜式導航儀(pnd)、數字照相機、數碼攝像機、雙筒望遠鏡、遠攝鏡頭、隨身音樂播放器、視頻或媒體播放器、遠程控制器或其他手持設備，或一個或多個這些設備的組合。除了這些示例的便攜式設備之外，設備100還包括其他類型的非手持設備，包括自主車或飛行器或無論陸基的、空中的或水下的車輛或設備。僅作為說明和并不限制于此，車輛可以是無人飛機(drone)的，也就是熟知的無人機(uav)。
如圖所示，設備100包括主處理器102。主處理器102可能是處理存儲于存儲器104中的、與設備100的功能相關聯的軟件程序的一個或多個微處理器、中央處理器(cpu)或其他處理器。可為主處理器102提供多層級軟件的存儲器104可以是任何計算機可讀取媒介的組合，例如電子存儲器或其他存儲媒介，例如硬盤、光盤等。例如，操作系統層可為設備100實時控制和管理系統資源，使應用軟件和其他層的功能可用，和為應用程序和設備100的其他軟件和功能交互。相似地，還可提供不同的軟件應用程序，例如菜單導航軟件、游戲、攝像機功能控制、導航軟件、通信軟件例如電話或無線局域網(wlan)軟件，以及其他更多不同種類的軟件和功能接口。在一些實施例中，單一設備100上提供多個不同的應用程序，并且在一些實施例中，多個應用程序可以同時運行。
設備100包括至少一個傳感器組件，如圖中所示的集成運動處理單元(mputm)106，典型特征包括處理器108、存儲器110和慣性傳感器112。傳感器處理器108的控制器使用存儲器110存儲的算法、例程或其他指令，處理慣性傳感器112和/或如下所述的其他傳感器的輸出數據，以及存儲慣性傳感器112或其他傳感器輸出的原始數據和/或運動數據。慣性傳感器112可以是用于測量設備100在空間中運動的一個或多個傳感器。相應地，來自慣性傳感器112的傳感器數據代表了設備從第一瞬態到隨后的第二瞬態的多個時段的運動。依賴于配置，mpu106測量了設備一個或多個軸線上的旋轉和/或一個或多個軸線上的加速度。在一實施例中，慣性傳感器112包括旋轉運動傳感器或線性運動傳感器。例如，旋轉運動傳感器可能是陀螺儀以測量沿一個或多個正交軸上的角速度，以及線性運動傳感器可能是加速度計以測量沿一個或多個正交軸上的線性加速度。在一個方面，可采用三個陀螺儀和三個加速度計，從而由傳感器處理器108或設備100的其他處理資源所執行的傳感器融合操作，將來自慣性傳感器112的數據組合，以確定六個軸線上的運動。根據需要，慣性傳感器112可使用微電子機械系統(mems)實現，并與mpu106集成在一個包內。有關適合主處理器102和mpu106的示例性配置詳情可在待審查的2007年7月6日提交的美國專利申請號11/774,488和2008年4月11日提交的美國專利申請號12/106,921獲取，這里以引用方式全部合并于此。設備100的mpu106的合適實現可從加利福尼亞州森尼韋爾市的應美盛公司獲取。
可選地或附加的，設備100還可以外部傳感器114的方式實現傳感器組裝。這是可選的并不強制在所有的實施例中。外部傳感器可替代上述的一個或多個傳感器，例如加速度計和/或陀螺儀，其輸出數據用于獲取導航解算。在某實施例中，外部傳感器114可能是里程計。這里所使用的“外部”意味著傳感器不與mpu106整合并且相對于設備100是遠程的或本地的。還是可選的或附加的，附加的傳感器116配置為測量有關設備100周圍環境的一個或多個方面，mpu106接收來自附加的傳感器116的數據。這是可選的并不強制在所有的實施例中。例如，氣壓計和/或磁力計可用于改善使用慣性傳感器112進行的位置確定。在一實施例中，附加的傳感器116具有沿三個正交軸線測量的磁力計并輸出數據以與陀螺儀和加速計慣性測量數據融合從而提供了九個軸上的運行確定。在另一實施例中，附加的傳感器116還具有壓力計以提供了海拔確定，并與其他傳感器數據融合從而提供了十個軸上的運動確定。雖然上下文中所述的一個或多個傳感器基于mems，本公開中的技術能夠應用于任何的傳感器設計或實現。
在所示實施例中，設備100的主處理器102、存儲器104、mpu106和其他組件可通過總線118耦合，總線118可能是任何適合的總線或接口，例如總線和接口標準(pcie)總線、通用串行總線(usb)、通用異步收發傳輸器(uart)串行總線、適宜的高級微控制器總線結構(amba)接口、內部整合電路(i2c)總線、串行數字輸入輸出(sdio)總線、串行外設接口(spi)或其他同等的接口。依賴于架構，可根據需要，使用不同的總線配置。例如，附加的總線可用于耦合設備100的各種組件，例如在主處理器102和存儲器104之間使用專用總線。
在一方面，本公開的用于獲取設備100的導航解算的各種操作可通過作為存儲于存儲器104內的、可由主處理器102讀取和執行的一系列適合的指令的導航模塊120實現。導航模塊120應用基于引用的策略、自足的策略或任何策略的組合以提供任何滿足需要程度的位置感知能力。例如，導航模塊120利用傳感器數據，例如來自慣性傳感器112和/或外部傳感器114，作為已獲取的當前傳感器時刻的導航解算，應用慣性導航技術獲得該時刻的導航解算。此技術涉及航位推算，和確定設備100的方向，包括諸如橫滾角、俯仰角和方位(航向)角值。從導航模塊120獲取的導航解算代表為設備100同時期確定的位置信息，和同樣地，代表輸入數據的前向處理，其中輸入數據至少包括傳感器數據。雖然需要一些傳輸、一些可能的緩沖和處理時間，結果至少是近似實時的(可能存在一些延遲)和在導航解算被獲取之前，使用任何可用的信息。更進一步，導航模塊120還可配置為，確定運動形式，運動形式指示了用戶的運動模式，包括但不限于步行、駕駛、奔跑、上/下樓梯、乘電梯、行走/站立在自動扶梯和其他相似的運動模式。在一些實施例中，導航模塊120使用實時地圖匹配例程以因果推理的方式幫助獲取導航解算。通過執行對從第一瞬態到第二瞬態的輸入數據的前向處理，使得整個軌跡、存儲空間可更有效地分配。進一步，實施偏離角確定或使用情況確定可被做出以有利于后續的操作，或可用于保證mps過程中獲取特定物理量。
當獲取導航解算時，導航模塊120還可使用絕對導航信息122的信息源，例如全球導航衛星系統(gnss)接收機，包括但不限于全球定位系統(gps)、全球導航衛星系統(glonass)、伽利略定位系統和/或北斗，還有wifitm定位、蜂窩塔定位、藍牙tm定位信標或其他相似的方法。這是可選的并不強制在所有實施例中。導航模塊120還可配置為，利用無線通信協議的信息使用信號三邊測量法確定位置。可使用任何適用的協議，包括基于手機和無線局域網(wlan)的技術，例如通用陸地無線接入(utra)、碼分多址(cdma)網絡、全球移動通信系統(gsm)、電氣與電子工程師協會(ieee)802.16(wimax)、長期演進(lte)、ieee802.11(wifitm)和其他技術等。進一步，設備100還可能包括通信模塊124用于發送和/或接收信息，包括由導航模塊120獲取的導航解算。
根據需要可使用多層次的軟件并存儲于存儲器104、存儲器110或其他合適的位置及其組合。例如，運動算法層為來自運動傳感器和其他傳感器的原始傳感器數據提供了低級別的處理。傳感器設備驅動層為設備100的硬件傳感器提供了軟件接口。進一步，提供了合適的應用程序接口(api)以便于主處理器102和mpu106中間的通信，例如，傳輸期望的傳感器處理任務。
在本示例系統中，設備100將原始傳感器數據或在從第一瞬態到隨后的第二瞬態的多個時段獲取的臨時前向導航解算傳送到遠程處理資源，例如服務器126。在第二瞬態之后，根據本公開的技術，服務器126使用來自設備100的導航解算來執行mps處理，從而提供針對至少一個傳感器時刻的增強的平滑后的導航解算。服務器126的一個合理的架構在圖1中以高階原理圖說明。服務器126包括通過總線132與存儲器130通信的服務器處理器128。如下面將進一步詳細描述的，服務器處理器128執行存儲器130中存儲的指令，圖中以功能塊表示，還包括mps導航模塊134。導航模塊120和mps導航模塊134其中之一或兩者都確定了運動模式，但是服務器126的優勢在于對于確定給定時刻的運動檢測具有可用的過去和未來的信息，和/或具有更大的處理資源以執行更復雜的算法，從而相應地如果存在沖突檢測，應給與更大的權重。
通過將來自多遍次前向和后向處理獲取的導航解算的物理量組合，物理量被平滑并用于后續的前向和后向處理操作和/或合并于增強的平滑后的導航解算。根據需要，增強的平滑后的導航解算反饋至導航模塊120。因而，服務器126還包括通信模塊136用于接收原始傳感數據或由導航模塊120獲取的設備100的導航解算，和如果需要，傳送增強的平滑后的導航解算相關的信息至設備100或其他目的地。設備100和服務器126之間的通信可采用任何合適的協議。例如，短距離、低功耗通信協議，例如
正如提到的，設備100獲取臨時前向導航解算，并且服務器126實施mps技術，包括獲取臨時后向導航解算以及增強的臨時的前向和后向導航解算從而平滑導航解算的物理量和提供增強的平滑后的導航解算。然而，所述的與mps過程相關的任何或所有功能可由相互通信的多個對立設備實現，或者由設備100自身在其他合適的架構中實現。例如，在一非限制性的實施例中，導航模塊120可省略或處于非操作或折算功率狀態，從而設備100將原始傳感器數據和任何其他可用的輸入數據傳送至服務器126，服務器126依次獲取臨時導航解算以及執行本公開的mps技術相關的其他操作。因此，應意識到，可采用任何合理的處理資源的分離，不論是否在一個設備內或在多個設備之間。進一步，軟件實現的方面包括但不限于應用軟件、固件、常駐軟件、微碼等，并且表現以計算機可使用或計算機可讀取媒介為載體的計算機程序產品，以供關聯的計算機或任何指令執行系統使用，例如設備100、服務器126或其他遠程處理資源的主處理器102、傳感器處理器108、服務器處理器128、專用處理器或任何其他處理資源，或由軟件、硬件和固件的任何期望的組合執行。
正如另一說明性的示例，但不限于示例，圖2概要描述的實施例代表了在其中實現的mps處理以提供增強的平滑后的導航計算的設備。例如，在獲取傳感器數據的同時，獲取臨時前向導航解算，而在隨后的時間，執行后向處理以獲取臨時后向導航解算并且執行前向和后向處理以獲取增強的臨時導航解算，例如，在后臺進程或當另外的動力或計算資源可用時。相似地組件具有相對應的編號(例如，圖1的設備100對應圖2的設備200)。相應地，設備200包括主處理器202。主處理器202可能是一個或多個運行軟件程序的微處理器、中央處理單元(cpu)或其他處理器。軟件程序存儲于設備200的功能相關聯的存儲器204中。存儲器204可提供多層次的軟件。設備200包括至少一個傳感器組件。這里顯示為集成運動處理單元(mputm)206，典型特征包括傳感器處理器208、存儲器210和慣性傳感器212。傳感器處理器208的邏輯控制器使用存儲器210存儲的算法、例程或其他指令，處理慣性傳感器212和/或如下所述的其他傳感器的輸出數據，以及存儲慣性傳感器212或其他傳感器輸出的原始數據和/或運動數據。慣性傳感器212可以是用于測量設備200在空間中運動的一個或多個傳感器，例如上述的陀螺儀和/或加速計。設備200還可能是以外部傳感器214的方式實現傳感器組裝，這是可選的并不強制在所有的實施例中。還是可選的或附加的，附加的傳感器216配置為測量有關設備200周圍環境的一個或多個方面，mpu206接收來自附加的傳感器216的數據。這是可選的并不強制在所有的實施例中。在所示實施例中，設備200的主處理器202、存儲器204、mpu206和其他組件通過總線218耦合，總線218可以使任何適宜的總線或接口。設備200還可能具有絕對導航信息222的信息源，這是可選的并不強制在所有的實施例中。
在本實施例中，設備200具有mps導航模塊220，代表存儲于存儲器204的指令。主處理器202執行指令處理每一時刻的傳感器數據和其他輸入數據從而獲取設備200的臨時前向導航解算。隨后的第一瞬態，mps導航模塊220執行本公開中所述的mps相關的其他操作，包括獲取臨時后向導航解算以及增強的臨時的前向和后向導航解算從而平滑導航解算的物理量和提供增強的平滑后的導航解算。
圖3說明了涉及本公開技術的典型例程。從方框300開始，獲取輸入數據，包括傳感器數據以及來自其他可用源的信息。在302中，對數據執行前向處理操作，從第一瞬態開始并進行至第二瞬態以獲取304中的臨時前向導航解算。正如上面提到的，此方面可在設備本地執行或相對于設備遠程執行。如下面將描述的，輸入數據的一個或多個變換在306中執行以生成308中的后向輸入數據。變換將傳感器數據和其他輸入數據變換成對應于起點的軌跡是在第二瞬態以及終點的軌跡是在第一瞬態的格式。相應地，變換后的輸入數據在310中后向處理從而獲得312中的臨時后向導航解算。在此操作過程中，可使用來自臨時前向導航解算信息。在這一實施例中，輸入數據的變換使得后向處理過程可采用與前向處理過程采用同樣的算法。在其他實施例中，可能是對后向處理采用不同的算法。取決于算法的性質，可避免對輸入數據的變換。
314組合了臨時前向導航解算和臨時后向導航解算中的至少一個物理量從而生成的導航解算中包含了平滑后的物理量。此處理階段可組合多個物理量，前提是該多個物理量相互獨立。然后，318使用輸入數據和314組合操作中產生的一個或多個平滑后的物理量，執行另一前向處理操作，從而獲取320中的增強的臨時前向導航解算。相似地，322使用314組合操作產生的一個或多個平滑后的物理量，執行另一后向處理操作，從而獲取324中的增強的臨時后向導航解算。如果使用的是與前向處理操作相同的算法，322的后向處理可與308的后向輸入數據共同執行。否則，取決于算法的性質，322的后向處理可使用300的輸入數據或308的后向輸入數據。
在326中，導航解算的至少一個物理量已由增強后的臨時前向導航解算和增強后的臨時后向導航解算通過組合方式平滑。正如先前的組合，此處理階段可組合多個物理量，前提是該多個物理量相互獨立。在每一階段，來自以前迭代的平滑后的一個或多個物理量可用于前向和后向處理操作以更新增強后的臨時導航解算。因而，來自326的輸出是328中的增強的平滑后的導航解算，并已包含了314和326中所有平滑的物理量。
如果導航解算的物理量不是相互獨立的，318至326的操作需要反復執行直至導航解算的許多相關的物理量已通過組合而被平滑，諸如通過將來自增強的中間前向和后向導航解算的至少一個另外的物理量組合來執行至少一遍另外的平滑，從而獲取至少一個額外的組合后的物理量的平滑后版本，并且通過執行輸入數據和組合后的物理量的前向和后向處理來獲取上一次的平滑操作使用的增強后的臨時前向和后向導航解算。
在一方面，執行輸入數據的前向處理從而為各時段獲取臨時前向導航解算，包括使用前向處理算法和，正如提到的，執行輸入數據的后向處理從而為各時段獲取臨時后向導航解算，包括轉換輸入數據和為轉換后的從第二瞬態到第一瞬態的傳感器數據使用前向處理算法。同樣地，轉換輸入數據可能涉及轉換加速計和陀螺儀數據。轉換傳感器數據還可能涉及轉換從由加速計、陀螺儀、磁力計、氣壓計和里程計數據組成的集合中選出的可用的傳感器數據。
在一方面，輸入數據可能包括絕對導航信息。絕對導航信息至少是如下集合之一：(i)全球導航衛星系統(gnss)；(ii)基于格網的導航信息；(iii)基于wifi的導航信息；和(iv)其他基于無線的導航信息。
在一方面，輸入數據包括絕對導航信息，和轉換輸入數據涉及變換絕對導航信息。變換絕對導航信息可能涉及轉換從如下集合中選取的任何可用的物理量：(i)絕對位置；(ii)絕對速率；(iii)絕對姿態角；和(iv)絕對航向角。轉換絕對導航信息可能涉及轉換從如下集合中選取的任何可用的信息：(i)全球導航衛星系統(gnss)；(ii)基于格網的導航信息；(iii)基于wifi的導航信息；和(iv)其他基于無線的導航信息。
在一方面，執行輸入數據的后向處理從而為各時段獲取臨時后向導航解算，可能涉及對輸入數據使用后向處理算法而無需對輸入數據轉換。
在一方面，來自臨時前向導航解算和后向導航解算的導航解算的多個不相互依賴的物理量可同時組合。多個物理量可包括航向角和偏離角。
在一方面，組合導航解算的物理量涉及確定從前向和后向處理獲取的物理量的權重。確定物理量的權重涉及評估前向和后向的精度。例如，評估前向和后向的精度可至少部分地基于解算誤差的標準偏差。確定從前向和后向處理獲取的物理量的權重還可能涉及線性組合。
在一方面，輸入數據中的誤差可表征從而方法包括在至少執行前向和后向處理之一之前補償此誤差。在一個可能的示例中，檢測到設備預定義的運動模式從而輸入數據中的誤差可至少部分地在檢測預定義的運動階段表征。正如進一步的、僅為了典型說明的示例中，預定義運動模式可能是靜態的時期和誤差可能是陀螺儀偏差。相應地，在上一示例中，陀螺儀偏差可能發生變換從而后向處理操作可能采用變換后的陀螺儀偏差。
在一方面，可以識別錨點從而第一瞬態和第二瞬態的至少其一對應于設備在已識別的錨點。可以識別多個錨點從而第一瞬態和第二瞬態對應于設備在已識別的錨點。
在一方面，輸入數據進一步包括來自氣壓計、磁力計、里程計、速度計和行人運動模型中至少其一的設備相關的補充導航信息。
在一方面，可為導航解算的至少一個物理量執行至少一個基于時間的平滑處理。基于時間的平滑處理可以是非因果關聯的處理。基于時間的平滑處理可以為高度、緯度、精度、速率和/或速度。
在一方面，平滑導航解算的高度值可通過獲取氣壓計數據、獲取絕對導航信息、至少部分地基于絕對導航信息確定氣壓計數據的偏差、至少部分地基于已確定的偏差校正氣壓計數據和平滑氣壓計數據。
在一方面，獲取輸入數據可在設備本地實現，其他的操作可遠程實現。
在一方面，獲取輸入數據和獲得臨時前向導航解算可在設備本地實現，其他的操作可遠程實現。
在一方面，所有的操作可在設備本地實現。
正如提到的，本公開的技術可使用設備實現，例如上述的設備200。在一方面，設備還可有絕對導航信息源。絕對導航信息源可從至少其中之一獲取：(i)全球導航衛星系統(gnss)；(ii)基于格網的導航信息；(iii)基于wifi的導航信息；和(iv)其他基于無線的定位。
在一方面，傳感器組件包括加速計和陀螺儀。例如，傳感器組件包括加速計、陀螺儀、磁力計和氣壓計。傳感器組件可能包括由微電子機械系統(mems)實現的慣性傳感器。
在一方面，設備還具有至少一個能夠獲取補充導航信息的氣壓計、磁力計、里程計、速度計和/或行人運動模型，從而輸入數據還包括補充導航信息。
本公開還包括通過上述提到的多通平滑增強設備和平臺的導航解算的服務器。在一方面，從設備接收的輸入數據還包括臨時前向導航解算。可選地，服務器的mps導航模塊可配置為，通過執行輸入數據的前向處理，獲取臨時前向導航解算。
進一步，本公開包括通過上述提到的多同平滑提供增強的平滑后的導航解算的系統。系統包括設備和遠程處理資源，例如上述的服務器。在一方面，設備還具有導航模塊，通過執行輸入數據的前向處理以獲取臨時前向導航解算，從而由通信模塊傳輸的輸入數據還包括臨時前向導航解算。可選地，遠程處理資源的mps導航模塊可配置為，通過執行輸入數據的前向處理獲取臨時前向導航解算。
示例
如上所示，本公開的技術涉及通過多通平滑增強導航解算。提供的如下示例用于說明適宜于實現上述操作的技術，但應理解的是示例是代表性的和根據需要可以有其他合適的替代。
根據應用的導航算法，一個或多個轉換可應用于輸入數據，將數據的格式從開始在第一瞬態和結束在第二瞬態轉換為開始在第二瞬態和結束在第一瞬態以便在后向處理中使用。根據輸入數據的性質，可應用不同的變換。應注意的是，取決于實施例，便攜式設備，例如便攜式設備100，可能有不同的輸入信息。正如所述的，輸入信息包括來自慣性傳感器的運動傳感器數據，例如陀螺儀或加速計。當絕對導航信息源可用和便攜式設備配置為接收此信息時，輸入信息還包括絕對導航信息。更進一步，輸入數據包括補充的導航信息，例如氣壓計、磁力計、里程計和用戶動態(例如，行人運動模型)。用于前向處理的任何可用的輸入數據可轉換為適用于應用前向處理算法進行后向處理的數據。可選地，如上面提到的，可應用后向處理算法從而不要求對一些或所有的輸入數據進行轉換。
對于加速計數據，初始化操作涉及去除測量中的重力組分。相似地，屬于地球旋轉的任何組分都應去除。然而，加速計數據在每一時段都是取相反值的。取相反值之后，任何移除的組分都被恢復。
在一實施例中，身體坐標系(b-frame，即，由測量中心和傳感器的x-、y-和z-軸確定的框架)中的重力組分可由公式(1)計算，其中gn＝[00g]t是導航坐標系(n-frame，即，由傳感器的測量中心和北、東和下方向確定的框架)中的重力矢量和g是本地重力值：
因而，b-frame中的重力矢量可由公式(3)表示：
(3)gb＝[-gsθgsφcθgcφcθ]t
橫滾角、俯仰角可根據加速計的讀取值分別使用公式(4)和(5)計算，其中fi(i＝x，y，z)是加速計測量的沿第i軸方向的比力：
航向角可從導航算法中獲得，或從其他傳感器如磁力計中獲得，或手工設定。
下面，歸因于地球旋轉速率的比力測量可從公式(6)和(7)計算，其中
因而，獨立于重力和地球旋轉的平臺加速度，可通過移除從公式(1)、(6)和(7)中獲取的物理量確定，如公式(8)所示，其中ab是平臺的加速度和
假設平臺的速度大約100～101米/秒，那么
相似地，對于陀螺儀數據，適合的轉換包括去除地區旋轉相關的組分，取消對每一臨時的測量，和恢復去除的組分。重力不影響陀螺儀，從而不需要去除重力組分。例如，在b-frame上的地球旋轉速率可由公式(10)計算：
以與加速計轉換相似的方式，后向陀螺儀讀取的矢量可使用公式(11)計算，其中
對于低精度陀螺儀，地球旋轉速率的大小相比傳感器誤差小幾個數量級并且其中的
對于磁力計數據讀取，合適的轉換數據的程序包括按照公式(12)計算n-frame上的磁場組分，其中mn和mb分別是n-frame和b-frame上的磁場矢量，和符號(·)t代表矩陣轉置：
水平磁場組分可忽略，同時對于矩陣mn＝[mnmemd]t維持垂直組分的符號如公式(13)所示，其中
相應地，轉換后的磁場讀取矢量
進一步，如果使用了由磁力計獲取的方位角，方位角的轉換是通過對其加180度。
對于絕對導航信息，還可在后向處理之前應用合適的轉換。例如，位置確定，例如來自gnss或wifi，保持相同。進一步，沿朝北方向和朝東方向的速度組分可能取相反值，但是垂直組分保持相同。來自里程計或行人運動模型或任何其他源的任何可選的平臺速率讀取值還保持相同。如果速率讀取值而不是速度是可用的，以與速度相似的方式，水平方向的組分是相反值。另外，如果氣壓計讀取值可用，也保持相同。
對于所有的輸入數據，當后向處理時，轉換后的數據可用作開始是在第二瞬態和結束是在第一瞬態。相應地，轉換后的數據的任何時間戳是反轉的。作為說明，第k時刻的時間戳可由公式(15)確定，其中t′k和tk分別是后向數據和前向數據在第k時刻的時間戳，和tes和tee分別是第一和第二瞬態的時間戳：
(15)t′k＝tes+tee-tk
為了保持不同傳感器的時間戳整齊一致，相同的tes和tee可用于反轉所有傳感器的時間戳。
正如上面提到的，轉換后的輸入數據用于執行后向處理操作，例如圖3中對應的310和/或322。后向導航解算可通過轉換后的輸入數據和前向導航算法獲取。在其他實施例中，前向輸入數據可用于單獨的后向導航算法。因而，后向處理包括數據的輸入、視情況是否對數據轉換、變量的設定、傳感器誤差的補償和其他方面。
例如，對應于310的后向處理涉及使用轉換后的陀螺儀和加速計數據，以及如果存在可用的gnss、wifi、磁力計、氣壓計、其他測量或更新，或其他源的輸入數據。
在后向處理過程中，輸入數據的處理是從第二瞬態到第一瞬態。同樣地，初始導航狀態(即，位置、速率和姿態)可根據平滑后數據的最后一個時刻的導航狀態設定。如果存在可用的gnss、wifi或其他測量或更新，初始導航狀態可根據測量或更新設定。另外，初始導航狀態可手工設定或基于前向導航解算設定。如果在一個時刻(例如，第二瞬態)的前向導航解算或者在一個時間階段過程中的前向導航解算的組合(例如，平均化)，用于設定初始導航狀態，位置可保持相同。如上所述，沿朝北方向和朝東方向的速度組分可能取相反值，但是垂直組分保持相同。進一步，水平姿態保持相同，和方位角的轉換是通過對其加180度。水平組分還可使用公式(4)從加速計數據中計算。
為后向處理的陀螺儀和加速計偏差的初始值可通過公式(16)指示的對前向偏差的取反設定，其中b′代表后向陀螺儀或加速計偏差的初始值和b代表對應的前向偏差：
(16)b′＝-b
前向偏差可從前向導航解算中獲取，可手工設定，或是通過使用其他方法。在一方面，陀螺儀偏差可在足夠的、持續靜止的時間階段內確定。其他的運動模式也可用于確定傳感器的其他特性。后向處理的陀螺儀和加速計偏差的標度因數誤差和非正交性保持與前向處理相同。
依賴于使用的導航算法，后向處理中可使用其他的策略。例如，后向使用的情況可變化為與前向中相同從而使得前向和后向傳感器的軸心相互一致。
正如314和326中指示的，導航解算的一個或多個物理量的平滑可通過組合來自前向和后向處理獲取的導航解算的值實現。組合前向和后向結果涉及為每一值設定相應的權重。例如，權重的使用可基于前向和后向導航精度的變化，其反過來可由執行對解算誤差的標準偏差分析實現。可選的或附加的，也可使用線性組合技術。
下面的例子是在314中組合航向和不對準的情況下平滑這些物理量，從而在326中組合以提供增強的平滑后的導航解算的一個或多個物理量，例如位置、速率和/或姿態，至少部分地基于平滑后的額航向和不對準。然而，這些原則可擴展至導航解算相關的任何物理量。因而，分別來自304和312中的臨時的前向和后向導航解算的偏差值，可基于前向和后向導航精度的變化(即，解算誤差的標準偏差)。下面的材料討論了朝北方向位置精度的變化并可進行相應的修改。在第k時刻的前向或后向精度變化可由公式(17)計算，其中σn，k+1和σn，k分別是在(k+1)時刻和k時刻的朝北方向位置精度，和δn，k是精度變化：
(17)δn，k＝σn，k+1-σn，k
另外，第k時刻的精度變化可與鄰近時刻的精度變化按照公式(18)組合從而獲得基于時間的平滑后的精度變化，其中
通過使用計算后的前向和后向精度變化，
當計算
然后，平滑后的不對準可使用公式(20)計算，其中mk，sm，mk，f和mk，b分別是第k時刻平滑后、前向和后向的不對準：
(20)mk，，sm＝mk，f+ζm，k(mk，b-mk，f)
正如期望的，可在執行公式(20)的計算之前，通過應用公式(21)，將δmk＝mk，b-mk，f值集中：
正如提到的，使用前向和后向導航解算的值組合物理量可能涉及線性組合。在不對準情況下，組合后，平滑后的不對準由公式(22)表示，其中n是平滑中使用的數據時期數：
(22)mk，sm＝mk，f+k/n·δmk
同樣地，前向和后向航向角的組合可使用與不對準相關描述中相似的策略。當使用線性組合方法時，平滑后的航向角由公式(23)表示，其中n是平滑中使用的數據時期數，ψk，sm，ψk，f和ψk，b分別是平滑后、前向和后向航向角和δψk＝ψk，b-ψk，f：
(23)ψk，sm＝ψk，f+k/n·δψk
此外，計算的δψk在應用于公式(23)之前可能進行集中化。
平滑后的航向角精度可按照公式(24)通過對前向和后向航向精度的線性組合計算得到，其中σψ，k，sm、σψ，k，f和σψ，k，b分別是平滑后的、前向和后向航向的精度：
(24)σψ，k，sm＝σψ，k，f+k/n·(σψ，k，b-σψ，k，f)
取決于使用的算法，可對此公式進行相應的調正。例如，如公式(25)所示，需要比例因子sψ，b2f以將后向航向精度調整至與前向航線精度相同：
(25)σψ，k，sm＝(1-k/n)σψ，k，f+sψ，b2f·k/n·σψ，k，b
由于平滑后的航向將比前向和后向航向更精確，比例因子sψ(sψ≤1)可用于衡量平滑后的航向精度。因而，平滑后的航向精度可使用公式(26)計算：
(26)σψ，k，sm＝sψ·((1-k/n)σψ，k，f+sψ，b2f·k/n·σψ，k，b)
然后，平滑后的航向和不對準值可用于執行另外的前向和后向處理過程，例如，在318和322中，產生的增強的臨時導航解算結果可在326中組合，以提供328中的增強的平滑的導航解算。如有需要，314中組合的導航解算的一個或多個物理量可酌情使用上述技術在下次后向處理之前轉換。例如，平滑后的航向可通過增加180度轉換。
再一次，下面是在使用平滑后的航向和不對準以提供增強的平滑后的導航解算的情況下，例如位置、速度和/或姿態，但是這些原則可擴展至涉及導航解算的任何物理量。增強的臨時導航解算的組合涉及平滑導航解算中任何合適的物理量。
例如，位置信息，可基于位置精度按照公式(27)和(28)組合，其中latk，sm、latk，f和latk，b分別是平滑后的、前向的和后向的緯度，和σk，f和σk，b分別是前向的和后向的朝北方向位置精度：
(27)latk，sm＝latk，f+ζlat，k(latk，b-latk，f)
(28)ζlat，k＝σk，f/(σk，f+σk，b)
相似地，平滑后的經度可基于朝東方向位置精度通過組合前向和后向的經度結果計算。進一步，平滑后的高度可按照垂直位置精度通過組合前向和后向的高度獲取。
速率和水平姿態角可通過平均前向和后向解算組合。在組合之前，后向速率的水平組分可使用公式(29)和(30)計算，其中vn′k，b和ve′k，b分別是用于組合的朝北方向和朝東方向速率，和vnk，b和vek，b分別是來自后向解算的朝北方向和朝東方向速率：
(29)vn′k，b＝-vnk，b
(30)ve′k，b＝-vek，b
平滑后的朝北方向速率可使用公式(31)計算，其中vnk，sm和vnk，f分別是平滑后的和前向的朝北方向速率：
(31)vnk，sm＝(vnk，f+vn′k，b)/2
同樣地，平滑后的朝東方向和垂直方向速率，和平滑后的水平姿態角通過與前向和后向解算對應的平均化方式計算。
合適的平滑后的水平位置的精度計算方法與航向角所使用的方法類似。平滑后的位置精度在朝北方向是由公式(32)確定，其中σn，k，sm、σn，k，f和σn，k，b分別是第k時刻的平滑后的、前向和后向在朝北方向的位置精度，和sn，b2f和sn是比例因子：
(32)σn，k，sm＝sn·((1-k/n)σn，，k，f+sn，b2f·k/n·σn，k，b)
同樣地，平滑后的朝東方向位置精度可通過使用等效的過程獲取。
平滑后的高度、速率和水平姿態角的計算可通過平均對應的前向和后向精度。例如，平滑后的朝北方向速率可使用公式(33)計算，其中σvn，k，sm、σvn，k，f和σvn，k，b分別是平滑后的、前向和后向在朝北方向的速率：
(33)σvn，k，sm＝(σvn，k，f+σvn，k，b)/2
同樣地，在朝東方向和垂直方向的平滑后的速率精度、水平姿態角和高度可通過平均對應的前向和后向精度計算。
可選地，任何合適的技術可應用于描繪輸入數據的誤差特征。因而，在執行任一前向和后向處理操作或前向和后向兩個處理操作之前，可使用誤差特征補償輸入數據。尤其地，輸入數據的補償可在用于后向處理的轉換之前。
作為某一實施例的說明，可檢測設備的預定義運動模式并用于表征輸入數據的誤差。已檢測到的預定義運動模式可幫助估量輸入數據誤差。隨后，在執行任一前向和后向處理操作或前向和后向兩個處理操作之前，可補償誤差。
例如，預定義運動模式可以是一段足夠長的靜態時期從而可表征陀螺儀偏差。合適的例程涉及在輸入軌跡中檢測一個或多個靜態時期。然后將任何已檢測的靜態周期的持續時間與閾值比較以確定設備在足夠長的時間內是靜止的。如果超過閾值，陀螺儀偏差可計算，例如通過對靜止時期期間的陀螺儀數據的平均或加權平均。然后計算所得的陀螺儀偏差用于補償輸入數據。根據需要，陀螺儀偏差可轉換和用于執行后向處理時。陀螺儀偏差的確定是典型的可執行的誤差補償類型和對輸入數據進行多個方面校正。
如果可利用，一個或多個錨點可與本公開的mps技術整合。錨點可識別為已知的位置或導航解算的其他物理量。在一些實施例中，錨點用于建立便攜式設備的給定軌跡的起點和終點中的一個或兩個。同樣地，第一和/或第二瞬態可對應于當便攜式設備在已識別的錨點。還可期望的是，識別多個錨點以使得重疊軌跡的構建成為可能。前向和后向算法的初始位置獲取可以從軌跡的起點和終點其中之一中選取，或是從任務時間周期(即，使用mps處理的時間周期)，或是錨點。錨點的使用是可選的。當任務時間周期漫長時，錨點可用于將軌跡分成更小的片段。通過減少每一mps任務時間周期，可提升導航/定位性能。在一方面，本公開的技術可使用由可用的、不連續的、具有mps處理去頂的橋接軌跡的絕對導航信息建立的開始和結束錨點。例如，絕對導航信息源可以工作在負載循環模式，當絕對導航信息是有效時，錨點的選擇可調整為建立周期內的第一和第二瞬態。然而，任何可用的方法可用于識別錨點例如，用戶可手工地插入位置和/或錨點類型。
可選的或附加的，基于一些絕對導航信息，例如gnss或wi-fi，即，當存在足夠的絕對導航信息時，錨點可自動識別。作為典型示例，錨點的選擇可基于一gnss解算和在特定間隙后的下一可用的gnss解算之間的預定時間。進一步，當間隙出現在gnss解算中，在重新獲取之后的初始化修復將有更高的標準差。根據需要，輸入數據可拒絕該初始化修復并當精度穩定即指示為標準差在閾值以下時再使用。在另一示例中，即使絕對導航信息可用，也確定為絕對導航信息不可信，例如可能由困難的接收環境引起(例如，由鄰近的高層建筑物導致的“城市峽谷”)。
進一步，一段絕對導航信息遭否決還可能是因為判定標準而不是標準偏差。例如，可應用以人類運動限制形式中的用戶動力學。舉例而言，可計算連續的gnss片段之間的距離，并與依賴于用戶行動模式(步行或跑步)和從mps處理或其他可選的解算中獲取的用戶速度計算的另一距離對比。在一方面，根據確定的運動模式，人類的最大速度假定。可認為步行用戶的速度大約是2米/秒和跑步用戶的速度大約是7米/秒。當存在多個運動模式時，可對其采用加權平均。例如，如果20％部分的運動模式是跑步，同時80％部分的運動模式是步行，使用與前面示例相同的值，對于整個gnss片段，在計算限制距離中的最終速度可以是0.8*2+0.2*7＝3米/秒。如果來自連續的gnss解算的距離與基于約束確定的距離沖突，gnss信息可排除在輸入數據之外。
例如，絕對導航信息源可以工作在如上面提到的負載循環模式。該模式雖然節省功率，但會在絕對導航信息提供的導航解算中產生空缺。本公開的mps技術可用于橋接此空缺。進一步，選擇的絕對導航信息可排除在mps處理之外，從而改進了在上述基于標準或其他合適的情況下的表現。
在上述討論中，平滑實現于從對來自前向和后向處理結果的導航解算的物理量取值組合的情況下。根據需求，進一步的基于時間的平滑技術減少了不同時間間的導航解算的物理量取值的變化。對于任何給定的時刻，由于可以使用未來時期和過去時期的信息，此平滑技術可能是無因果關聯的。來自基于時間平滑獲取的物理量，根據需要，可用于替代mps處理產生的測定或調整mps測定。例如，基于時間的平滑處理可用于平滑來自氣壓計的高度數據。如果可用，絕對導航信息可用于確定氣壓計的殘留誤差并用于補償平滑后的解算。同樣地，基于時間的平滑處理還可用于包括位置、速率和速度的物理量。
另一可選的可用于高度的平滑操作是使用絕對導航信息和/或運動傳感器數據。高度信息可由氣壓計確定，但數據可能由于噪聲和偏差而降級。絕對導航信息，例如來自gnss系統的絕對導航信息，可用于估算氣壓計數據的殘留誤差或偏差。進一步，噪聲的減少可通過平滑氣壓計數據或者通過使用諸如加速計和/或陀螺儀信息的其他運動傳感器數據或整合氣壓計數據和其他運動傳感器數據的方式過濾氣壓計數據以平滑輸出。可選的，后者描述的過濾或整合也可與絕對導航信息整合，還可以與來自絕對導航信息的殘留誤差/偏差整合。因而，高度平滑可僅依賴于氣壓計數據，可依賴于氣壓計和加速計數據，可依賴于氣壓計、加速計和陀螺儀數據，和可選的，其中的這些數據可使用或可不使用絕對導航信息用于整合和平滑，以及還有上述的偏差測定和校正。
為了幫助說明本公開技術的優勢，實施了現場測試以評估通過多通平滑增強導航解算的表現。結果是在步行軌跡過程中獲取以提供典型的mps技術證明，也可以使用任何其他合適的應用，包括跑步、騎自行車或汽車內運動或在任何類型的船艦內。步行現場測試是在多個不同的使用情況下進行，包括手持、在耳中、搖晃和在口袋中，以幫助證明mps處理的表現。對于每一使用情況，進行三個不同的運動測試。每一測試包括三個時間階段：在第一和第三個時間階段，用戶保持步行并且以0度偏離(即，北向和b-frame中x軸之間的角度)水平地手持著手機；對于介于中間的第二個時間階段，用戶以特定的使用情況攜帶手機步行。因而，在每一測試中，使用情況變化二次。由于變化使用情況是行人導航應用中最大的挑戰問題之一，在這些條件下進行這些測試將導致顯著的基于傳感器導航解算的偏離和驗證mps處理的效果。測試時間階段相對較短，大約200秒或更少，因而沒有使用中間錨點。
圖4-6說明了三個手持使用情況測試結果。在介于中間的第二個時間階段過程中，圖4中用戶以0度偏離角水平地持有手機(偏離角無變化)，圖5中以-90度偏離角持有手機以及圖6中以+90度偏離角持有手機。
特別地，圖4a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡400和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡402；圖4b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡404，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡406，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡408；圖4c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡410，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡412，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡414；和圖4d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡416，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡418，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡420。
同樣地，圖5a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡500和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡502；圖5b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡504，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡506，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡508；圖5c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡510，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡512，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡514；和圖5d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡516，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡518，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡520。
進一步，圖6a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡600和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡602；圖6b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡604，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡606，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡608；圖6c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡610，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡612，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡614；和圖6d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡616，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡618，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡620。
圖7-9說明了三個在耳中的測試結果。在介于中間的第二個時間階段過程中，圖7顯示了手機由右手自然地放置于耳邊產生的結果，圖8顯示了手機由右手垂直地放置于耳邊產生的結果和圖9顯示了手機由左手水平地放置于耳邊產生的結果。
特別地，圖7a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡700和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡702；圖7b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡704，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡706，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡708；圖7c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡710，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡712，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡714；和圖7d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡716，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡718，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡720。
同樣地，圖8a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡800和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡802；圖8b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡804，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡806，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡808；圖8c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡810，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡812，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡814；和圖8d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡816，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡818，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡820。
進一步，圖9a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡900和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡902；圖9b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡904，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡906，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡908；圖9c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡910，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡912，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡914；和圖9d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡916，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡918，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡920。
圖10-12說明了搖晃測試的結果。在介于中間的第二個時間階段過程中，圖10顯示了手機屏幕在右手外側、隨說話者搖晃向前產生的結果，圖11顯示了手機屏幕在左手內側、隨說話者搖晃向前產生的結果和圖12顯示了手機屏幕在左手內側、隨說話者搖晃向后產生的結果。
特別地，圖10a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡1000和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡1002；圖10b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡1004，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡1006，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡1008；圖10c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡1010，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡1012，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡1014；和圖10d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡1016，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡1018，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡1020。
同樣地，圖11a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡1100和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡1102；圖11b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡1104，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡1106，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡1108；圖11c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡1110，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡1112，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡1114；和圖11d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡1116，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡1118，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡1120。
進一步，圖12a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡1200和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡1202；圖12b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡1204，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡1206，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡1208；圖12c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡1210，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡1212，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡1214；和圖12d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡1216，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡1218，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡1220。
圖13-15說明了在口袋中的測試結果。在介于中間的第二個時間階段過程中，圖13顯示了手機屏幕在右口袋內朝外、隨說話者向前產生的結果，圖14顯示了手機屏幕在右口袋內朝內、隨說話者向前產生的結果和圖15顯示了手機屏幕在左口袋內側、隨說話者向后產生的結果。
特別地，圖13a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡1300和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡1302；圖13b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡1304，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡1306，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡1308；圖13c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡1310，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡1312，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡1314；和圖13d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡1316，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡1318，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡1320。
同樣地，圖14a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡1400和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡1402；圖14b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡1404，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡1406，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡1408；圖14c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡1410，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡1412，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡1414；和圖14d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡1416，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡1418，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡1420。
進一步，圖15a顯示了來自臨時前向導航解算的位置作為軌跡1500和來自臨時后向導航解算的位置作為軌跡1502；圖15b顯示了來自臨時前向導航解算的航向作為軌跡1504，來自臨時后向導航解算的航向作為軌跡1506，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的航向作為軌跡1508；圖15c顯示了來自臨時前向導航解算的偏離角作為軌跡1510，來自臨時后向導航解算的偏離角作為軌跡1512，和來自臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的偏離角作為軌跡1514；和圖15d顯示了來自增強的臨時前向導航解算的位置作為軌跡1516，來自增強的臨時后向導航解算的位置作為軌跡1518，和來自增強后的臨時前向和后向導航解算組合結果的平滑后的位置作為軌跡1520。
應意識到，“b”圖顯示，航向開始是精確的但在前向和后向臨時解算中逐漸背離。然而，平滑后的航向利用了兩個解算，通過整個導航處理逐漸接近真實值。進一步，“d”圖顯示，由于使用平滑后的航向和偏離角，增強的臨時解算相比臨時解算更精確，和來自增強的平滑的導航解算的位置比臨時的解算要顯著地好。由于這些測試代表不同的使用情況，其說明了增強的平滑的導航解算要比前向導航解算顯著地準確。因此，mps處理可用于顯著地改進行人導航表現而不需要任何外部的硬件和提升傳感器在消費者便攜式設備中的普及和應用。
為了進一步說明本公開技術的應用，進行了另外的測試：結合絕對導航信息，使用mps處理提供橋接解算。特別地，測試設備的gnss接收機是負載周期的，具有15秒的最初活動周期，隨之是45秒的不活動周期，結束后是另一15秒的活動周期(在本節，第一瞬態選擇為第一個15秒的開始，和第二瞬態選擇為最后一個15秒的結束)和從的一瞬態到第二瞬態的片段受到多通平滑。圖16-19描述了結果。應提到的是，該帶有負載周期的gnss數據處理將提供代表gnss存在部分的不同片段之間的疊加。當處理完所有的片段后，最后的平滑可應用于不同的片段間。
在第一個測試中，圖16a和16b顯示了從頂部到底部跟隨著的連續片段。在圖16a和b中，來自gnss系統的絕對導航信息由開口圓圈1600表示，同時圖16a顯示了臨時前向導航解算作為軌跡1602和臨時后向導航解算顯示作為軌跡1604。相應地，圖16b顯示了增強的臨時前向導航解算作為軌跡1606和增強的臨時后向導航解算作為軌跡1608。增強的臨時導航解算由隨后的來自臨時導航解算的偏離角和航向的平滑確定并用于提供由軌跡1610代表的增強的導航解算。
在第二個測試中，圖17a和17b顯示了從右到左跟隨著的連續片段。在圖17a和b中，來自gnss系統的絕對導航信息由開口圓圈1700表示，同時圖17a顯示了臨時前向導航解算作為軌跡1702和臨時后向導航解算顯示作為軌跡1704。同樣地，圖17b顯示了增強的臨時前向導航解算作為軌跡1706和增強的臨時后向導航解算作為軌跡1708。再一次，增強的臨時導航解算由隨后的來自臨時導航解算的偏離角和航向的平滑確定并用于提供由軌跡1710代表的增強的導航解算。
圖18a和18b顯示了進行的另一測試，片段具有開始于右上角、結束于左下角的單一的右轉。在圖18a和b中，來自gnss系統的絕對導航信息由開口圓圈1800表示，同時圖18a顯示了臨時前向導航解算作為軌跡1802和臨時后向導航解算顯示作為軌跡1804。再次，圖18b顯示了增強的臨時前向導航解算作為軌跡1806和增強的臨時后向導航解算作為軌跡1808。增強的臨時導航解算由隨后的來自臨時導航解算的偏離角和航向的平滑確定和用于提供由軌跡1810代表的增強的導航解算。
圖19a和19b顯示了還進行的另一測試，片段具有開始于中間左側、結束于右側的兩個連續的右轉。在圖19a和b中，來自gnss系統的絕對導航信息由開口圓圈1900表示，同時圖19a顯示了臨時前向導航解算作為軌跡1902和臨時后向導航解算顯示作為軌跡1904。圖19b顯示了增強的臨時前向導航解算作為軌跡1906和增強的臨時后向導航解算作為軌跡1908。增強的臨時導航解算由隨后的來自臨時導航解算的偏離角和航向的平滑確定和用于提供由軌跡1910代表的增強的導航解算。
在對應于圖16-19的所有測試中，可以看到，臨時前向和后向解算提供的軌跡，初始是精確的，與gnss信息一致但隨著gnss信息不再可用，逐漸偏移。這些臨時解算由利用平滑后的偏離角和航向物理量產生的增強的臨時前向和后向導航解算顯著地改進。通過從臨時前向和后向導航解算平滑物理量，例如偏離角和/或航向，可減少十字跟蹤誤差。進一步，在前向和后向處理中應用平滑后的物理量以獲取增強的臨時導航解算可減少沿徑誤差。最終增強的導航路徑代表了最準確的軌跡和成功地橋接了gnss系統不活動的階段。進一步，可看到伴隨著重新活動的最初的gnss信息受到誤差的影響，從而如上所述的第一部分的一些取值應去除。
進行了其他的一系列測試以證明從本公開的mps技術獲取的增強的導航解算可應用于高度平滑。這些測試的結果顯示于圖20和21。在第一個測試中，圖20a顯示了全部的結果和圖20b提供了部分結果的更詳細的視圖。在圖20a和b中，氣壓計數據顯示為軌跡2000，從gnss系統中獲取的高度顯示為軌跡2002和平滑后的高度顯示為軌跡2004。在圖21顯示的第二個測試中，氣壓計數據顯示為軌跡2100，從gnss系統中獲取的高度顯示為軌跡2102和平滑后的高度顯示為軌跡2104。對于二個測試，應意識到，氣壓計數據因噪聲和偏差而降級。gnss信息可用于估算偏移，同時噪聲可通過平滑氣壓計數據或通過使用諸如加速計和/或陀螺儀信息的運動傳感器數據過濾氣壓計數據以平滑輸出。正如軌跡2004和2104顯示的平滑后的高度所指示的，噪聲已消除和偏差已補償。
還進行的另一系列測試，證明了來自增強的導航解算的速率物理量的基于時間的平滑，其結果顯示于圖22-24。圖22說明了第一個測試的結果，按照mps處理由增強的導航解算輸出的速度由軌跡2200指示，和按照基于時間的平滑的速度物理量由軌跡2202指示。同樣地，圖23說明了第二個測試的結果，按照mps處理由增強的導航解算輸出的速度由軌跡2300指示，和按照基于時間的平滑的速度物理量由軌跡2302指示。最后，圖24說明了第三個測試的結果，按照mps處理由增強的導航解算輸出的速度由軌跡2400指示，和按照基于時間的平滑的速度物理量由軌跡2402指示。在這些每一示例性的測試中，可看到基于時間的平滑減少了由增強的導航解算輸出的物理量中的誤差。相似的技術可用于對增強的導航解算的其他適合的物理量執行基于時間的平滑，包括但不限于速率、位置(例如，緯度和/或精度)、高度和其他物理量。
預期的實施例
本公開描述身體坐標系為x軸向前、y軸正向向身體的右側和z軸正向向下。應預期的是，任何身體坐標系定義都可用于這里所述方法和裝置的應用。
應預期的是，本公開的技術可與導航解算一起使用。導航解算可選地使用自動的零速率或靜態階段檢測，具有可能的更新和慣性傳感器偏差重計算、非完整性的更新模塊、高級建模和/或慣性傳感器誤差校準，在合適時為其從gnss獲取可能的測量更新、gnss解算質量評估和檢測降級后的性能，自動在松耦合和緊耦合集成方案之間轉換，當在緊耦合模式時估算每一可見的gnss衛星，和最終可能地同任何類型的后向平滑技術一起用于后向平滑模塊和，或是運行于任務后或是在后臺基于相同的任務中的緩沖數據。
應進一步預期的是，本公開的技術還可與運輸工具的技術模式或用于建立運輸工具模式的運動模式檢測技術一起使用。這使得從例如駕駛模式等其他模式中檢測出行人模式成為可能。當檢測到行人模式時，可運用本公開展示的方法確定設備和行人之間的偏離。
應進一步預期的是，與本公開的技術一起使用的導航解算進一步安排為，在后臺，例程模擬人為的絕對導航信息失效和評估狀態估算技術的另一實例的參數。狀態估算技術應用于本導航模塊中的解算以優化解算的準確性和一致性。準確性和一致性的評估是通過對比模擬失效過程中的臨時背景解算和參考解算。參考解算可能是如下示例之一：絕對導航信息(例如，gnss)；使可用的傳感器與絕對導航信息(例如，gnss)和可能地可選的速度或速率讀取值結合的設備中前向整合的導航解算；使可用的傳感器與絕對導航信息(例如，gnss)和可能地可選的速度或速率讀取值結合的后向平滑整合的導航解算。背景解算處理可以運行在與前向解算處理相同的處理器上，或是運行在其他處理器上，且處理器可以與第一處理器通信和可以讀取來自共享位置上存儲的數據。背景處理解算的成果有助于未來運行的導航解算(例如，在背景例程完成運行后的實時運行)，例如，在當前的模型中，用于導航的前向狀態評估技術的變量具有改進的值。
應進一步預期的是，還可與本公開的技術一起使用的導航解算進一步可與地圖(例如，街道圖、室內圖或模型或應用已有可用的地圖或模型的情況下的其他環境地圖或模型)和地圖輔助的或模型輔助的例程一起使用。在絕對導航信息(例如gnss)降級或中斷過程中，輔助的地圖或輔助的模型可進一步增強導航解算。在模型輔助的情況下，獲取有關環境信息的一個或一組傳感器可用于，例如，激光測距儀、攝像機和視覺系統或聲納系統。這些新系統或是可用于在絕對導航信息有問題期間(降級或缺失)為導航解算的準確性提供額外的幫助，或是在一些應用中完全地替代絕對導航信息。
應進一步預期的是，還可與本公開的技術一起使用的導航解算，當工作在緊耦合方案或在混合性的松/緊耦合選型時，不必定使用偽距測量(計算來自編碼而不是載波相位，因而被稱為基于編碼的偽距)和多普勒測量(用于獲得偽距率)。也可使用gnss接收機的載波相位測量，例如：(i)作為基于編碼的偽距之外的計算距離的可選方法，或(ii)通過合并來自基于編碼的偽距和載波相位測量，增強距離計算；該增強是平滑后的載波偽距。
應進一步預期的是，還可與本公開的技術一起使用的導航解算，使用多種不同的無線通信系統。
無線通信系統還可用于定位和導航，或是作為額外的輔助(當gnss不可用時更有益處)或作為gnss信息的替代(例如，對于gnss無法應用的地方)。這些用于定位的無線通信系統的例子有手機塔和信號、無線信號、數字電視信號、wifi和wimax。例如，對于基于手機的應用，來自手機塔的絕對坐標和室內用戶和塔之間的距離可用于定位，距離的估算可采用不同的方法，包括計算最近的手機定位坐標的到達時間或到達時間的差。已知的增強型觀察時間差(e-otd)方法可用于獲得已知的坐標和距離。距離測量的標準偏差取決于手機中使用的振蕩器、手機信號塔計時器設備和傳輸損耗。wifi定位可用多種方法實現，包括但不限于到達的時間、到達的時間差、到達的角度、接收到的信號強度和其中的指紋識別技術。所有的方法提供了不同層次的準確度。用于定位的無線通信可使用不同的技術構建在來自無線信號的距離、角度和強度方面的誤差模型，并使用多途徑的抑制技術。所有上述提到的想法，除此之外，還可能以相似的方式應用其他基于無線通信系統的無線定位技術。
應進一步預期的是，還可與本公開的技術一起使用的導航解算，使用來自其他移動設備的輔助信息。此輔助信息可用作額外的輔助(當gnss不可用時更有益處)或作為gnss信息的替代(例如，對于gnss無法應用的地方)。來自其他移動設備的輔助信息的一個例子是基于不同設備間的無線通信系統。根本的想法是具有更好定位或導航解算(例如，具有好的可用性和準確度的gnss)可幫助降級的或gnss不可用的設備獲得改進的位置或導航解算。本幫助依賴于已知輔助設備的位置和利用無線通信系統定位降級的或gnss不可用的設備。此預期的變化指的是一個或所有兩個情況：(i)降級的或gnss不可用的設備使用這里所述的方法并從其他設備和通信系統獲得幫助，(ii)gnss可用并因而具有好的導航解算的輔助設備使用這里所述的方法。用于定位的無線通信系統基于不同的通信協議，和基于不同的方法，例如，到達的時間、到達的時間差、到達的角度和除此之外的接收到的信號強度。用于定位的無線通信系統可使用不同的技術構建來自無線信號的距離和/或角度中的誤差，并使用不同的、多途徑的抑制技術。
應進一步預期的是，本公開的技術涉及傳感器處理器和構建在不同的芯片或相同的芯片上的一個或多個傳感器的使用。芯片可定義為包括至少一個主要由半導體材料構成的基底。單個芯片可能由多個基底構成，其中基底通過物理地粘結以保護其功能。多個芯片包括至少兩個基底，其中的兩個基底電氣聯接，但不需要物理地粘結。封裝提供了芯片上的接合焊盤之間的電氣聯接至金屬鉛，金屬鉛可焊接至pcb。典型的封裝包括基底和蓋板。集成電路(ic)基底指的是帶有電路的硅襯底，典型地cmos電路。如果需要，可使用任何合適的技術將一個或多個傳感器包含在封裝內。在一些實施例中，傳感器可能是基于mems的，例如mems帽層提供了mems結果的物理支撐。mems結構層粘附于mems帽層。mems帽層也指的是處理基底或處理硅片。在一些實施例中，在單一的半導體芯片中，第一基底可能是垂直地堆疊、粘接和電氣聯接于第二基底。然而在其他的實施例中，在單一的半導體芯片中，第一基底可能是側向放置并電氣聯接于第二基底。在一實施例中，第一基底通過圓片鍵合粘結于第二基地，以同時提供電氣聯接和氣密封mems設備，如美國專利申請號7,104,129中所述這里以全文引用方式合并于此。該制備技術的好處在于能使高性能、多軸慣性傳感器以非常小的和非常經濟的封裝方式進行設計和制造。在晶片層級的整合減少了寄生容量，相比分散的方案具有更好的信噪比。在晶片層級的整合還實現了豐富功能集的合并，減少了擴大外觀的需求。
上述實施例和技術可以軟件方式實現為多個相互連接的功能塊或單獨的軟件模塊。雖然不是必須的，但可能存在哪些功能塊或模塊能夠同等地聚合于單一的邏輯設備、程序或操作中并沒有清晰的邊界的情況。在任何情況下，實現上述實施例或接口功能的功能塊和軟件模塊可由其自身實現，或與其他操作聯合以硬件或軟件實現，或完全在設備內實現，或與設備和其他處理器聯合使得設備可與其他設備通信，例如服務器。
雖然已展現和描述一些實施例，本領域技術人員應理解的是，在不改變或背離本發明揭露的范圍、目的和功能的情況下，能有多種不同的修改和變化。前面說明書中使用的術語和表達都用作說明之用而沒有限制之。使用的術語和表達目的并不是排除與所圖示或所描述的相等的功能，因而，應認識到本公開僅定義和限制在下面的權利要求中。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！