[发明专利]基于惯性的导航设备和基于相对预积分的惯性导航方法

说明书

提供一种基于惯性的导航设备和基于相对预积分的惯性导航方法。所述基于惯性的导航设备包括：第一传感器，基于第一坐标系检测并输出关于正在移动的移动物体的运动信息；第二传感器，基于第二坐标系检测并输出关于与移动物体的运动相关的平移加速度和旋转角速度的惯性数据；控制器，基于运动信息和惯性数据，每第一时间确定关于移动物体在参考坐标系中的位置、速度和姿态的姿势信息。

本申请要求于2017年10月12日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0132748号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

与示例性实施例一致的设备和方法涉及一种基于惯性的导航设备和基于相对预积分(preintegration)的基于惯性的导航方法。

背景技术

通过惯性测量设备，导航系统使用陀螺仪确定方位，并使用加速度计来计算运动位移。当输入初始位置时，惯性导航系统即使在移动物体移动时也可一直计算并检测移动物体的位置和速度。惯性导航系统在短时间内提供非常准确的导航性能，而不受恶劣天气或干扰的影响。然而，由于误差在加速度和加速度中的速度分量的积分期间累积，因此，当惯性导航系统用于长距离时，导航误差增加。

具体地讲，惯性导航系统可通过使用被称为惯性测量单元(IMU)的基于微机电系统(MEMS)的惯性系统来估计移动物体的位置。惯性导航系统通过使用预设的导航计算算法来检测关于移动物体的位置信息。在这种情况下，由于通过经由对由IMU获得的惯性数据(例如，加速度、角速度等)进行积分计算期望的物理量的方法来获得位置信息，因此，误差随时间连续累积的漂移现象发生。因此，整个系统的准确度被降低。此外，根据现有技术的导航系统可确定：即使当移动物体停止时，移动物体的运动(例如，俯仰、翻滚、偏航等)也由于移动物体的振动或噪声等而改变，或者由于移动物体的振动或噪声等而存在前速度。这种错误的确定可由于累积的漂移现象而进一步增加位置信息的误差。

此外，惯性测量设备测量包括重力的值，并且应将在惯性传感器的坐标系中测量的值变换为作为一般参考坐标系的地球坐标系中的值，以便去除不必要的重力信息。在这方面，惯性测量设备每次需要新的初始条件以对由惯性传感器测量的值进行积分。在这种情况下，因为为了积分而每次使用新的初始条件，所以操作量显著地增加，惯性测量设备的操作速度显著地降低。

最近，为了解决上述问题，正在研究如下替代方案：通过将检测运动的另一环境传感器结合到惯性导航系统等并对位置进行校正，来使惯性传感器的误差累积最小化。此外，为了减少惯性测量设备中的过多的积分处理，正在开发预积分方法。具体地讲，预积分方法可通过预先对在预设时间段期间累积的惯性数据进行积分来计算预积分值，其中，该预积分值是移动物体在预设时间段期间移动的位置改变量、速度改变量和姿态改变量。在“ToddLupton和Salah Sukkarieh”的“Visual-Inertial-Aided Navigation for High-DynamicMotion in Built Environments Without Initial Conditions(在没有初始条件的情况下的构建环境中的用于高动态运动的视觉-惯性辅助的导航)的中提供了它的详细描述。

然而，即使在应用预积分方法时，也需要将由另一传感器获得的姿势信息与由惯性测量设备获得的姿势信息进行比较，并且在它们之间需要进行坐标变换。环境传感器和惯性测量设备基于不同的坐标系来分别计算移动物体的姿势。为了比较该姿势，需要将这些传感器中的一个传感器的坐标系变换为另一传感器的坐标系，然后将变换的坐标系变换为原始坐标系的处理。该处理需要许多操作处理和大量处理时间，以便获得关于移动物体的姿势信息。

发明内容