專利名稱：多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法及裝置，屬于目標(biāo)精確
測量定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，使得GNSS定位裝置的功能由以衛(wèi)星導(dǎo)航為主體向PNT 與電子信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合轉(zhuǎn)變。使精確的定位、導(dǎo)航更加簡單易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用范圍 更加廣泛。 常規(guī)的GNSS定位裝置通過接收衛(wèi)星定位信息，實(shí)現(xiàn)自身的定位。在很多應(yīng)用場 合，不僅需要獲得定位裝置的自身定位信息，而且需要此裝置周圍的物體的定位信息。傳 統(tǒng)的視頻測距只能得到被測目標(biāo)的速度和距離信息，而不能夠計(jì)算測量目標(biāo)的絕對定位信 息。傳感器技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，使得測量目標(biāo)絕 對定位信息變得有效可行。 綜合以上技術(shù)背景分析，可開發(fā)一種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法及 裝置，用于在獲得裝置自身定位信息的同時(shí)，獲得測量目標(biāo)的包括經(jīng)度、緯度、高度的絕對 定位信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法及裝置，采 取多傳感器融合的方式，充分利用GNSS定位裝置、磁阻傳感器、視頻圖像所提供的信息，通 過數(shù)據(jù)、圖像的運(yùn)算處理，用于實(shí)現(xiàn)對測量目標(biāo)的絕對定位。 —種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的裝置，包括三維位置傳感器單元、角度
傳感器組單元、視頻輔助測量單元、嵌入式信息融合處理單元四個(gè)部分，其特征在于，三維
位置傳感器單元由GNSS接收器構(gòu)成，角度傳感器組單元由磁阻傳感器組成，嵌入式信息融
合處理單元，由數(shù)據(jù)接口 、信息解析、信息計(jì)算模塊和存儲(chǔ)器組成，三維位置傳感器單元、角
度傳感器組單元和視頻輔助測量單元分別與嵌入式信息融合處理單元連接。 所述的三維位置傳感器單元采用MAX2769E/WGNSS接收機(jī)，用于獲得測量位置的
定位、定時(shí)信息。 所述的角度傳感器組單元由1個(gè)二軸水平磁阻傳感器HMC1022、2個(gè)三軸磁阻傳感 器HMC1023組成，其中1個(gè)三軸磁阻傳感器用于獲得相對正北方向的角度和相對地面垂線 的角度，二軸水平磁阻傳感器和另外1個(gè)三軸磁阻傳感器，分別用于跟蹤攝像機(jī)的方向角 和俯仰角的變化。 所述的視頻輔助測量單元采用WV-224松下彩色半球攝像機(jī)和KV-515CZ-L激光一 體化智能高速云臺(tái)，用于拍攝監(jiān)控視頻，進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，跟蹤，根據(jù)定位測量的需要調(diào)整云 臺(tái)的位置，獲得定位所需數(shù)據(jù)。 所述的嵌入式信息融合處理單元采用ARM9芯片；其中信息解析模塊包括數(shù)據(jù)解析部分和圖像解析部分；數(shù)據(jù)接口模塊用于完成對各項(xiàng)信息的接收；信息解析模塊中的數(shù) 據(jù)解析部分用于完成對GNSS定位信息的解析和提取，圖像解析部分用于完成對被測量目 標(biāo)的識(shí)別，計(jì)算出測量位置和測量目標(biāo)之間的距離；信息計(jì)算模塊對傳感器組所測數(shù)據(jù)、信 息解析所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，完成測量目標(biāo)的絕對定位，獲得包括經(jīng)度、緯度、高度的絕對定 位信息，以及測量目標(biāo)的速度信息計(jì)算；存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)測量目標(biāo)的絕對定位信息，用于測 量目標(biāo)速度的計(jì)算。 多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法，方法如下 1)數(shù)據(jù)接口模塊分別接收多傳感器的測量信息，GNSS定位、定時(shí)信息、磁阻傳感 器組的角度信息、視頻信息。 2)信息解析模塊中的數(shù)據(jù)解析部分提取GNSS定位信息，獲得定位裝置所處位置 的WGS-84大地坐標(biāo)，圖像解析利用圖像處理算法完成對被測量目標(biāo)的識(shí)別，提取出定位裝 置和測量目標(biāo)之間的距離D。 3)根據(jù)步驟1中的角度信息計(jì)算出測量目標(biāo)時(shí)攝像機(jī)的俯仰角a和方向角|3 ， 并根據(jù)步驟2計(jì)算的距離D，計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的偏移坐標(biāo)(Az， Ax， A y)，再將步驟2中的定位裝置的WGS-84大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54直角坐標(biāo)，從而得到測量 目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)。 4)在將測量目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84大地坐標(biāo)前，根據(jù)需要決定是 否測量被測目標(biāo)的速度，若不需要，進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到被測目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、高度的絕對 定位信息；若需要，調(diào)整測量角度，跟蹤被測量目標(biāo)，重新進(jìn)行絕對定位信息的測量，返回步 驟l。 5)利用測量目標(biāo)定位坐標(biāo)，計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的距離，GNSS定位
時(shí)得到被測量目標(biāo)的位移時(shí)間，采取多次計(jì)算取平均值的方法，來獲得最終速度，同時(shí)將最
后一次測量的目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)獲得測量目標(biāo)的包括經(jīng)度、緯度、
高度的絕對定位信息。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是 1、本發(fā)明利用多傳感器融合技術(shù)，獲得定位、角度、距離信息，通過嵌入式信息融 合處理單元進(jìn)行信息接收、分析、處理、計(jì)算，迅速獲得測量目標(biāo)的絕對位置及速度信息，實(shí) 現(xiàn)絕對定位，可用于運(yùn)動(dòng)偵測和智能跟蹤。 2、本發(fā)明有快速定位的功能，可以與電子報(bào)警設(shè)備配合使用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警功能， 也可根據(jù)需要設(shè)置抓拍、錄像等功能.應(yīng)對突發(fā)事件有巨大作用。 3、本發(fā)明獲得測量目標(biāo)的絕對定位，使其可應(yīng)用于電子測繪、導(dǎo)航、監(jiān)控等領(lǐng)域， 擁有更為廣闊的市場前景。


圖1本發(fā)明多傳感器融合的測量目標(biāo)的絕對定位的裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2本發(fā)明多傳感器融合的測量目標(biāo)的絕對定位的裝置各個(gè)模塊間的連接框圖； 圖3本發(fā)明多傳感器融合的測量目標(biāo)的絕對定位的方法流程圖； 圖4本發(fā)明測量目標(biāo)坐標(biāo)計(jì)算三維空間示意圖。 其中，101、視頻輔助測量單元，102、三維位置傳感器單元，103、角度傳感器組單元，104、嵌入式信息融合處理單元，201、數(shù)據(jù)接口模塊，202、信息解析模塊中的數(shù)據(jù)解析部 分，203、信息解析模塊中的圖像解析部分，204、信息計(jì)算模塊，205、存儲(chǔ)器，206、 二軸水平 磁阻傳感器，三軸磁阻傳感器207。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述，本實(shí)施例是說明性的，而不是限定
性的，不能根據(jù)以下實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例 —種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法及裝置，裝置如圖1和圖2所示，包 括三維位置傳感器單元102、角度傳感器組單元103、視頻輔助測量單元101、嵌入式信息融 合處理單元104四個(gè)部分，其特征在于，三維位置傳感器單元102由GNSS接收器構(gòu)成，角度 傳感器組單元103由磁阻傳感器組成，嵌入式信息融合處理單元104由數(shù)據(jù)接口、信息解 析、信息計(jì)算模塊和存儲(chǔ)器組成，三維位置傳感器單元102、角度傳感器組單元103和視頻 輔助測量單元101分別與嵌入式信息融合處理單元104連接。 所述的三維位置傳感器單元102采用MAX2769E/WGNSS接收機(jī)，用于獲得測量位置 的定位、定時(shí)信息。 所述的角度傳感器組單元103由1個(gè)二軸水平磁阻傳感器HMC1022、2個(gè)三軸磁阻 傳感器HMC1023組成，其中1個(gè)三軸磁阻傳感器用于獲得相對正北方向的角度和相對地面 垂線的角度，二軸水平磁阻傳感器和另外1個(gè)三軸磁阻傳感器，分別用于跟蹤攝像機(jī)的方 向角和俯仰角的變化。 所述的視頻輔助測量單元101采用WV-224松下彩色半球攝像機(jī)和KV-515CZ-L激 光一體化智能高速云臺(tái)，用于拍攝監(jiān)控視頻，進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，跟蹤，根據(jù)定位測量的需要調(diào) 整云臺(tái)的位置，獲得定位所需數(shù)據(jù)。 所述的嵌入式信息融合處理單元104采用ARM9芯片；其中信息解析模塊包括數(shù)據(jù) 解析部分和圖像解析部分；數(shù)據(jù)接口模塊用于完成對各項(xiàng)信息的接收；信息解析模塊中的 數(shù)據(jù)解析部分用于完成對GNSS定位信息的解析和提取，圖像解析部分用于完成對被測量 目標(biāo)的識(shí)別，計(jì)算出測量位置和測量目標(biāo)之間的距離；信息計(jì)算模塊對傳感器組所測數(shù)據(jù)、 信息解析所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，完成測量目標(biāo)的絕對定位，獲得包括經(jīng)度、緯度、高度的絕對 定位信息，以及測量目標(biāo)的速度信息計(jì)算；存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)測量目標(biāo)的絕對定位信息，用于 測量目標(biāo)速度的計(jì)算。 定位的方法如圖3所示，包括以下步驟 1)數(shù)據(jù)接口模塊分別接收多傳感器的測量信息，GNSS定位信息、磁阻傳感器組的 角度信息、視頻信息為下一步的信息解析做好準(zhǔn)備。 2)信息解析模塊中的數(shù)據(jù)解析部分提取GNSS定位信息，獲得定位裝置所處位置 WGS-84大地坐標(biāo)A (Bwes84， Lwes84， HWOT84)，信息解析模塊中的圖像解析部分利用圖像處理算法 完成對被測量目標(biāo)的識(shí)別，提取出定位裝置和測量目標(biāo)之間的距離D。
3)根據(jù)步驟1中的角度信息計(jì)算出測量目標(biāo)時(shí)攝像機(jī)的俯仰角a和方向角|3 ， 并根據(jù)步驟2計(jì)算的距離D，計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的偏移坐標(biāo)(Az， Ax， △ y)，再根據(jù)步驟2中的定位裝置的WGS-84大地坐標(biāo)A (Bwes84， Lwes84， HWOT84)轉(zhuǎn)換為北京54
5直角坐標(biāo)A(x肌4， yBJ54， z^4)，從而得到測量目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)B(x' BJ54， y' BJ54， z' W54)。計(jì)算示意圖如圖4所示。 4)在將測量目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)B(x' W54，y' W54，z' W54)轉(zhuǎn)換為WGS-84大 地坐標(biāo)B(B' wes84，L' wes84，H' weH84)前，根據(jù)需要決定是否測量被測目標(biāo)的速度，若不需要， 進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到被測目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、高度的絕對定位信息；若需要，調(diào)整測量角度， 跟蹤被測量目標(biāo)，重新進(jìn)行絕對定位信息的測量，返回步驟1。 5)利用測量目標(biāo)定位坐標(biāo)，計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的距離，GNSS定位 時(shí)得到被測量目標(biāo)的位移時(shí)間，采取多次計(jì)算取平均值的方法，來獲得最終速度，同時(shí)將最 后一次測量的目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)獲得測量目標(biāo)的包括經(jīng)度、緯度、 高度的絕對定位信息。 步驟2中圖像解析部分利用的圖像處理方法描述如下固定攝像機(jī)的方向角和俯 仰角，調(diào)整焦距，獲取兩幅相同距離不同模糊程度的圖像，將灰度圖像轉(zhuǎn)化成梯度圖像，利 用距不變原理計(jì)算梯度圖像中邊緣區(qū)的大小與整個(gè)窗口圖像區(qū)大小的比值，再根據(jù)兩幅圖 像的比值計(jì)算出測量位置和測量目標(biāo)之間的距離。 步驟3中定位裝置所處位置的GNSS坐標(biāo)轉(zhuǎn)變方法如下坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法較多，這 里選用一步法，即在平面點(diǎn)位轉(zhuǎn)換中，首先將WGS-84地心坐標(biāo)投影到臨時(shí)的橫軸墨卡托 投影，然后通過平移、旋轉(zhuǎn)和尺度變換使之與計(jì)算的真實(shí)投影相符合.高程轉(zhuǎn)換則采用簡 單的一維高程擬合，此方法可在只有一個(gè)公共點(diǎn)的情況下進(jìn)行坐標(biāo)和高程的轉(zhuǎn)換。
步驟3中測量目標(biāo)B的北京54直角坐標(biāo)B(x' W54， y' W54，z' W54)的計(jì)算過程 如下(如圖4所示) 1、根據(jù)仰角a和方向角13 ，距離D，可得定位裝置和測量目標(biāo)之間的偏移坐標(biāo)
(Az， Ax， Ay) :Az= Dsin a ， A y = Dcos a cos P ， A x = Dcos a sin P ; 2、由定位裝置的北京54直角坐標(biāo)A(xBJ54， yBJ54， zBJ54)結(jié)合偏移坐標(biāo)可計(jì)算出測量
目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)B(x' W54，y' BJ54，z' BJ54): X, BJ54 = xBJ54+ A X， y, BJ54 = yBJ54+ A y， Z , BJ54 = zBJ54+ A Z 。 本方法適用于一般的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)施，比如嵌入式電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，圖1中給出了 實(shí)現(xiàn)本方法的一般硬件結(jié)構(gòu)框圖。該框圖主要包括三個(gè)部分視頻輔助測量單元101，三維 位置傳感器單元102、角度傳感器組單元103、嵌入式信息融合處理單元104連接示意圖如 圖2所示。二軸水平磁阻傳感器206、三軸磁阻傳感器207、 GNSS接收器102、視頻輔助測 量單元101，經(jīng)數(shù)據(jù)接口模塊201將采集的數(shù)據(jù)和圖像信息輸入信息處理系統(tǒng)；信號(hào)經(jīng)信 息解析模塊中的數(shù)據(jù)解析部分202，信息解析模塊中的圖像解析部分203，獲得測量位置的 WGS-84大地坐標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別后，獲得定位裝置和測量目標(biāo)之間的距離，信息計(jì)算模塊 204按照此前的方法步驟進(jìn)行測量目標(biāo)絕對定位信息和速度的計(jì)算，存儲(chǔ)器205用于存儲(chǔ) 測量目標(biāo)的包括經(jīng)度、緯度、高度的絕對定位信息，用于測量目標(biāo)速度的計(jì)算。
上述部分為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡是依據(jù)本 發(fā)明內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)屬于本發(fā)明的內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的裝置，包括三維位置傳感器單元、角度傳感器組單元、視頻輔助測量單元、嵌入式信息融合處理單元四個(gè)部分，其特征在于，三維位置傳感器單元由GNSS接收器構(gòu)成，角度傳感器組單元由磁阻傳感器組成，嵌入式信息融合處理單元，由數(shù)據(jù)接口、信息解析、信息計(jì)算模塊和存儲(chǔ)器組成，三維位置傳感器單元、角度傳感器組單元和視頻輔助測量單元分別與嵌入式信息融合處理單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利l所述的多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的裝置，其特征在于，所述的 三維位置傳感器單元采用MAX2769E/WGNSS接收機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利1所述的多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的裝置，其特征在于，所述的 角度傳感器組單元由1個(gè)二軸水平磁阻傳感器HMC1022、2個(gè)三軸磁阻傳感器HMC1023組 成。
4. 根據(jù)權(quán)利l所述的多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的裝置，其特征在于，所述的 視頻輔助測量單元采用WV-224松下彩色半球攝像機(jī)和KV-515CZ-L激光一體化智能高速云 臺(tái)°
5. 根據(jù)權(quán)利l所述的多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的裝置，其特征在于，所述的 嵌入式信息融合處理單元采用ARM9芯片。
6. —種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法，其特征在于，定位方法如下1) 數(shù)據(jù)接口模塊分別接收多傳感器的測量信息，GNSS定位信息、磁阻傳感器組的角度 信息、視頻信息；2) 信息解析模塊中的數(shù)據(jù)解析部分提取GNSS定位信息，獲得定位裝置所處位置的 WGS-84大地坐標(biāo)，信息解析模塊中的圖像解析部分利用圖像處理算法完成對被測量目標(biāo)的 識(shí)別，計(jì)算出定位裝置所處位置和被測量目標(biāo)之間的距離D ;3) 根據(jù)步驟1中的角度信息計(jì)算出測量目標(biāo)時(shí)攝像機(jī)的俯仰角a和方向角|3 ，并根 據(jù)步驟2計(jì)算的距離D，計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的偏移坐標(biāo)，再將步驟2中的定 位裝置的WGS-84大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54直角坐標(biāo)，從而得到測量目標(biāo)的北京54直角坐 標(biāo)；4) 在將測量目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84大地坐標(biāo)前，根據(jù)需要決定是否 測量被測目標(biāo)的速度，若不需要，進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到被測目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、高度的絕對定 位信息；若需要，調(diào)整測量角度，跟蹤被測量目標(biāo)，重新進(jìn)行絕對定位信息的測量，返回步驟 1 ;5) 利用測量目標(biāo)定位坐標(biāo)，計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的距離，GNSS定位時(shí)得 到被測量目標(biāo)的位移時(shí)間，采取多次計(jì)算取平均值的方法，來獲得最終速度，同時(shí)將最后一 次測量的目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)獲得測量目標(biāo)的包括經(jīng)度、緯度、高度 的絕對定位信息。
全文摘要
一種多傳感器融合的測量目標(biāo)絕對定位的方法及裝置，屬于目標(biāo)精確測量定位技術(shù)領(lǐng)域。通過解析多傳感器所測量的信息，將GNS8測量目標(biāo)的WGS-84大地坐標(biāo)變換成北京54直角坐標(biāo)；利用圖像解析進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別；計(jì)算定位裝置與被測量目標(biāo)之間的距離；利用測量目標(biāo)時(shí)攝像機(jī)的俯仰角、方向角、定位裝置所處位置和被測量目標(biāo)之間的距離，可計(jì)算出定位裝置與被測量目標(biāo)之間的坐標(biāo)偏移量，從而獲得測量目標(biāo)的北京54直角坐標(biāo)?？筛鶕?jù)需要將北京54直角坐標(biāo)變換成WGS-84大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對測量目標(biāo)的絕對定位，獲得被測目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、高度的絕對定位信息，測量目標(biāo)的速度信息可通過計(jì)算出定位裝置和被測量目標(biāo)之間的距離，GNSS定位時(shí)得到被測量目標(biāo)的位移時(shí)間，采取多次計(jì)算取平均值的方法來獲得。
文檔編號(hào)G01C1/00GK101782642SQ201010119858
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者李慧, 邢建平, 高亮 申請人:山東大學(xué)