[发明专利]移动物体在三维空间中的实时位置定位系统和定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测算移动物体所在位置的定位系统和定位方法，特别是指利用多功能的微型传感器和无线通讯技术进行综合测算，实时地获得移动物体在三维空间中准确位置的定位方法和定位系统。

背景技术

三维空间的位置定位一直是高新技术研究的制高点，特别是在飞行类工业及其它特殊行业的应用中，都普遍的使用了惯性导航及定位技术来实现三维空间中的位置定位。但目前此类技术都是采用进口或国产的高精度、大尺寸、高成本的捷联惯导模组来实现，对于普通大众电子消费者及航模爱好者等人群，还没有一种简易可行的、低成本可民用的三维空间位置导航定位产品或系统。而目前在地面导航已经实现的二维平面位置定位技术相对成熟，并实现了大规模的民用化，包括GPS卫星导航定位系统、北斗卫星导航定位系统等，但卫星定位系统也有很多缺点，如无法实现高度位置的准确计算，无法实现地下、室内等屏蔽环境下的位置计算。

本发明创作人基于积极创新的精神，通过对微型化的电子传感器芯片、以及无线通讯技术方面进行的深入研究，解决了上述工业用惯性导航模组的大尺寸、高成本、应用性的问题，也解决了卫星导航定位系统无法在三维空间中实现高度位置定位、以及地下室内无法进行位置定位的问题，还解决了位置定位信息实时交互的问题。从而实现了一种微型化的、便携的、低成本的、易于民用普及的三维空间实时位置定位系统，并提出了实现关键技术的方法。

发明内容

本发明涉及一种测算移动物体所在位置的定位系统和定位方法，特别是指利用多功能的微型传感器获得运动和位置信息，通过无线通讯技术进行信息交互，通过信息处理单元进行信息的综合测算，以实时地获得移动物体在三维空间中的准确位置。

本发明采用民用级的微型化传感器实现运动状态和位置信息的测算，在满足一般性精度的要求下，可以较大幅度地降低成本，目前此类传感器已经逐步应用于游戏手柄、遥控器、移动电话等便携式消费电子产品中。采用通用无线通讯传输方式来进行信息传输，可确保信息数据传输的实时性，便于使用者远程实时地查看目标移动物体的所在位置。

本发明的位置定位系统内部主要包含方向传感器、气压传感器、运动传感器、无线通讯模块、信息处理单元。

所述的方向传感器是利用地球自身分布于空间中的磁场来识别磁北方，相应的得出另3个方向，从而建立起平行于地平面方向上的X轴、Y轴平面坐标系。地磁场是一个矢量，对于一个确定的地点来说，此矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持方向传感器与水平面平行，那么方向传感器中的三个轴就和这三个分量一一对应起来，而对于水平方向的两个分量来说，他们的矢量之和总是指向磁北的，因此，利用水平方向的两个分量建立起相互垂直的、平行与水平面的X轴、Y轴平面坐标。地磁北方与地球的物理正北方在我国有5°上下的磁偏角误差，根据各地位置不同，磁偏角数值稍有差别。通过消除磁偏角误差后，就可以得到物理正北方方向，从而也可以得到正东方、正南方、正西方三个方向，完成X轴、Y轴平面坐标系的建立。

所述的高度传感器是利用大气压力的变化来测得某一点位置绝对海拔高度的大气压力传感器。通过测得某一点位置的绝对大气压力数值，可以获得某一地点的垂直海拔高度，从而，通过高度的不同建立起垂直于地球表面的高度方向的Z轴坐标。

所述的运动传感器包含基于重力感应的电子加速度计和基于旋转角度感应的电子陀螺仪。电子加速度计用于计算移动物体在各个方向上的瞬间加速度，通过对这些瞬间加速度进行积分运算可获得瞬间速度，同时，对瞬间速度进行积分运算则可以得到一个较短时间间隔的运动距离，将各个时间间隔的运动距离在各个方向上按时间顺序分布，就可以得到移动物体在三维空间的运行轨迹。电子加速度计的固有缺点就是在移动物体做旋转、拐弯、倾斜等非平面运动时，会受到重力加速度的影响而无法获得比较准确的真实加速度，从而在计算运动距离时出现偏差。通过引入电子陀螺仪来检测这种旋转的变化量，从而获得移动物体的旋转、拐弯、倾斜的角度，通过与电子加速度计综合运算来消除重力在某个角度上的矢量，从而获得最真实的加速度值和最接近实际的运动距离数据。电子陀螺仪的精确角度测量能力还可以帮助方向传感器进行去除环境的干扰，使得方向传感器能够获得更精确的地球磁场数据，去除环境因素如马达、铁块等周边的磁性材料在计算磁场方向时的干扰。