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一种目标速度自适应估计方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-08-20
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-01-18
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-09-18
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-08-20
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810946930.4 申请日 2018-08-20
公开/公告号 CN109085376B 公开/公告日 2020-09-18
授权日 2020-09-18 预估到期日 2038-08-20
申请年 2018年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 G01P3/64 主分类号 G01P3/64
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2018.01.30CN 107991110 A,2018.05.04聂丹“.频率步进雷达运动扩展目标速度估计与距离像抽取研究”《.中国优秀硕士学位论文全文数据库》.2010,全文. 杨梦玲.“膛内高速运动目标的速度测量技术研究”《.中国优秀硕士学位论文全文数据库》.2017,全文.;
引用专利 KR101813698B 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、申请权转移、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 东阳市维创工业产品设计有限公司 当前专利权人 东阳市维创工业产品设计有限公司
发明人 李泽琦 第一发明人 李泽琦
地址 浙江省金华市东阳市江北街道猴塘社区东富小区15幢2号 邮编 322100
申请人数量 1 发明人数量 1
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省金华市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明公开了一种目标速度自适应估计方法,包含初始化、读取定位结果、推算移动速度三个基本步骤;利用全球定位系统推算移动速度时主动地考虑每个时刻获取的定位误差,进而推算出由两个不同时刻定位结果差分运算得到的移动速度的误差,实现了速度估计的精度实时评价;通过自适应地调整时延系数,实现了移动速度估计的误差上界控制,或者上界最小化。本发明可以应用于陆地车辆、野外机器人、水下机器人、船舶、飞行器以及行人的移动速度估计。
  • 摘要附图
    一种目标速度自适应估计方法
  • 说明书附图:图1
    一种目标速度自适应估计方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-09-18 授权
2 2020-09-11 专利申请权的转移 登记生效日: 2020.08.25 申请人由合肥优控科技有限公司变更为东阳市维创工业产品设计有限公司 地址由230601 安徽省合肥市经济技术开发区青龙潭路西,肥光路东,滨河小区北出口加工区公租房1#楼110室变更为322100 浙江省金华市东阳市江北街道猴塘社区东富小区15幢2号
3 2019-01-18 实质审查的生效 IPC(主分类): G01P 3/64 专利申请号: 201810946930.4 申请日: 2018.08.20
4 2018-12-25 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种目标速度自适应估计方法,其特征在于包含以下步骤:
第1步、初始化:设定采样点t=0,根据实际情况确定采样时间T与判定阈值μ;
第2步、采样点自增1,然后从定位设备读取在采样点t的定位结果 与相应的误差包络矩阵Rt,其中符号′表示转置, 为东向坐标的定位结果, 为北向坐标的定位结果,Rt为一个2维的对角阵,并且满足
其中, 表示以 为中心,以Rt为包络矩阵的椭球,θt=(xt,yt)′表示真实的位置坐标,xt表示真实的东向坐标,yt表示真实的北向坐标;
第3步、根据第2步获取的 与Rt,推算移动速度,具体如下
3.1设定时延系数τ为1,集合Zt为空;
3.2推算在采样点t的移动速度 如下
其中, 为2×1的向量,第一个元素表示推算的东向移动速度,第二个元素表示推算的北向移动速度,T表示采样时间;
3.3计算 误差的包络矩阵
其中
其中,tr表示矩阵的迹;
3.4计算 相对误差的最大值 其中
其中,Qt(τ)(i,i)表示Qt(τ)对角线第i个元素, 表示 的第i个元素;
3.4如果满足
其中μ为判定阈值,则停止运算,输出 为最终推算的速度;否则,令τ自增1,并将ζt(τ)存入Zt;
3.5如果Zt的元素个数等于t-1,则停止运算,输出 为最终推算的速度,其中其中,L(·)表示二范数;否则,转入步骤3.2;
第4步、重复第2步至第3步,输出每个采样点的速度估计值。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及信号处理技术,特别是涉及一种目标速度自适应估计方法。

背景技术

[0002] 在很多应用场合中,需要实时地获取目标的运动速度,即其相对于东、北方向的速度分量值。一种常用的手段是利用安装在目标上的速度检测器来获取速度。对于地面移动机器人,如文献“杜颖财,王希军,王树洁,卢新然,梁立辉.增量式编码器自动检测系统[J].电子测量与仪器学报,2012,26(11):993-998”所示,我们可以采用编码器检测电机的转速,进而推算出机器人的相对于各个方向的移动速度。对于船舶、航空器等无轮运动物体,如文献“黄胜初、胡阳,一种无水阻船速测量仪,申请号:02138887.3”所示,可以采用加速度计进行积分得到速度。由于加速度计存在一定的误差,所以其积分将误差放大,因此其速度估计值也会随时间推移而逐渐偏移其真实值。在文献“陈凤祥、俞林炯、周苏、章桐,一种无刷直流电机船只的船速测量方法及装置,申请号:201210097040.3”中提出了一种利用船只推进电机转速推算船速的方法,该方法容易受到水域环境的影响,对环境变化的鲁棒性较弱。在文献“王争荣,翟性泉,赵珍强.船舶相对运动速度检测方法研究[J].机电设备,2011,28(05):26-28.”中公开了一种船舶相对运动速度检测方法,该方案通过分析光电编码器检测法和激光测距检测法的优缺点,提出了基于对射型超声波传感器的船舶相对运动速度检测新方法,并且为提高该方法的检测精度,特别设计了相对时差测速方案。
[0003] 以上方法利用了安装在目标上的内部传感器来检测或者估计移动速度,在某些场合下,我们只能通过外部传感器来获取目标的移动速度,例如:利用摄像头获取行人的移动速度。在文献“李中余、武俊杰、孙稚超、杨海光、黄钰林、杨建宇,双基前视SAR动目标成像方法与动目标速度估计方法,申请号:201410136027.3”中公开了一种基于失配压缩的双基前视SAR动目标成像方法与动目标速度估计方法,能够完成动目标速度的估计,得到距离向运动速度与方位向运动速度。在文献“何宇桐、赵山林,一种基于监控设备的目标物速度计算方法,申请号:201611078538.X”中,公开了一种基于监控设备的目标物速度计算方法,用于根据安装于行驶车辆上的监控设备所拍摄的视频图像计算目标物的速度,通过获取目标物与行驶车辆的相对位置,然后根据目标物与行驶车辆的相对位置的变化情况,最终计算得到目标物的行驶速度。在文献“胡水,李德敏,裴仁林,吴施恩.移动用户速度估计与位置区的优化设计[J].微计算机信息,2005(20):71-72+192.”公布了一种采用高斯-马尔可夫模型作为移动模型,通过数据采集和参数估计来实时预测移动用户的速度。
[0004] 利用定位结果来进行差分运算是一种常用的速度估计方法,由于定位系统存在一定误差,且对速度估计会产生较大的影响,所以需要实时地调整速度估计的参数,以控制速度估计误差的上限。然而,已有的技术文献没有考虑这个问题。

发明内容

[0005] 为解决上述问题,本发明公开了一种目标速度自适应估计方法,包括以下步骤:
[0006] 第1步、初始化:设定采样点t=0,根据实际情况确定采样时间T与判定阈值μ;
[0007] 第2步、采样点自增1,然后从定位设备读取在采样点t的定位结果 与相应的误差包络矩阵Rt,其中符号′表示转置, 为东向坐标的定位结果,为北向坐标的定位结果,Rt为一个2维的对角阵,并且满足
[0008]
[0009] 其中, 表示以 为中心,以Rt为包络矩阵的椭球,θt=(xt,yt)′表示真实的位置坐标,xt表示真实的东向坐标,yt表示真实的北向坐标;
[0010] 第3步、根据第2步获取的 与Rt,推算移动速度,具体如下
[0011] 3.1设定时延系数τ为1,集合Zt为空;
[0012] 3.2推算在采样点t的移动速度 如下
[0013]
[0014] 其中, 为2×1的向量,第一个元素表示推算的东向移动速度,第二个元素表示推算的北向移动速度,T表示采样时间;
[0015] 3.3计算 误差的包络矩阵
[0016]
[0017] 其中
[0018]
[0019] 其中,tr表示矩阵的迹;
[0020] 3.4计算 相对误差的最大值 其中
[0021]
[0022]
[0023] 其中,Qt(τ)(i,i)表示Qt(τ)对角线第i个元素, 表示 的第i个元素;
[0024] 3.4如果满足
[0025]
[0026] 其中μ为判定阈值,则停止运算,输出 为最终推算的速度;否则,令τ自增1,并将ζt(τ)存入Zt;
[0027] 3.5如果Zt的元素个数等于t-1,则停止运算,输出 为最终推算的速度,其中[0028]
[0029] 其中,L(·)表示二范数;否则,转入步骤3.2;
[0030] 第4步、重复第2步至第3步,输出每个采样点的速度估计值。
[0031] 本发明与已有的技术相比,具有以下优点:利用全球定位系统推算移动速度时主动地考虑每个时刻获取的定位误差,进而推算出由两个不同时刻定位结果差分运算得到的移动速度的误差,实现了速度估计的精度实时评价;通过自适应地调整时延系数,实现了移动速度估计的误差上界控制,或者上界最小化。本发明可以应用于陆地车辆、野外机器人、水下机器人、船舶、飞行器以及行人的移动速度估计。

实施方案

[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图与具体实施例对本发明进行详细说明。
[0034] 对于一个在二维平面运动的目标,例如机器人、车辆、船舶、行人等等,其在采样点t的坐标可以用θt=(xt,yt)′表示,为了获取他们的移动速度而又缺乏速度检测器的情况下,可以从定位结果中推算得到,如下
[0035]
[0036]
[0037] 其中,T为采样时间,τ为时延系数, 分别表示东向、北向在采样点t的平均移动速度。也可以整合为一个等式
[0038]
[0039] 其中,
[0040] 然而,定位系统存在一定的偏差。令 表示定位结果, 表示速度推算结果,可以得到观测方程
[0041]
[0042] 假设
[0043]
[0044] 其中,ε (θt,Rt)表示以θt为中心,以Rt为包络矩阵的椭球。
[0045] 因此,可得
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 其中,Qt(τ)为速度推算结果的误差包络矩阵。
[0050] 由上可见,椭球 为 与 的直减运算的外包椭球。为了得到迹最小化的外包椭球,Qt(τ)可以通过以下运算得到
[0051]
[0052]
[0053] 进而可知
[0054]
[0055]
[0056] 其中, 表示 中第i个元素,Qt(τ)(i,i)表示Qt(τ)中对角线第i个元素。因此,可得东向、北向的推算速度的相对误差的最大值
[0057]
[0058]
[0059] 显然,当 较小时, 往往较大,因此为了控制ζt(τ)的上限,即
[0060] ζt(τ)≤[μ,μ]′,                                 (15)
[0061] 其中μ为设定的阈值,我们需要动态地调整τ,以满足这个条件;当这个条件无法满足时,要保证ζt(τ)尽可能小。具体方法如下:
[0062] 1.设定τ为1,集合Zt为空;
[0063] 2.计算 以及其相应的ζt(τ),如果满足
[0064] ζt(τ)≤[μ,μ]′,                               (16)
[0065] 则停止运算,输出 为最终推算的速度;否则,令τ自增1,并将ζt(τ)存入Zt;
[0066] 3.如果Zt的元素个数等于t-1,则停止运算,输出 为最终推算的速度,其中[0067]
[0068] 其中,L(·)表示二范数;否则,转入步骤2。
[0069] 综上所述,我们提出了一种目标速度自适应估计方法,如图1所示,包含以下步骤:
[0070] 第1步、初始化:设定采样点t=0,根据实际情况确定采样时间T与判定阈值μ;
[0071] 第2步、采样点自增1,然后从定位设备读取在采样点t的定位结果 与相应的误差包络矩阵Rt,其中符号′表示转置, 为东向坐标的定位结果,为北向坐标的定位结果,Rt为一个2维的对角阵,并且满足
[0072]
[0073] 其中, 表示以 为中心,以Rt为包络矩阵的椭球,θt=(xt,yt)′表示真实的位置坐标,xt表示真实的东向坐标,yt表示真实的北向坐标;
[0074] 第3步、根据第2步获取的 与Rt,推算移动速度,具体如下
[0075] 3.1设定时延系数τ为1,集合Zt为空;
[0076] 3.2推算在采样点t的移动速度 如下
[0077]
[0078] 其中, 为2×1的向量,第一个元素表示推算的东向移动速度,第二个元素表示推算的北向移动速度,T表示采样时间;
[0079] 3.3计算 误差的包络矩阵
[0080]
[0081] 其中
[0082]
[0083] 其中,tr表示矩阵的迹;
[0084] 3.4计算 相对误差的最大值 其中
[0085]
[0086]
[0087] 其中,Qt(τ)(i,i)表示Qt(τ)对角线第i个元素, 表示 的第i个元素;
[0088] 3.4如果满足
[0089]
[0090] 其中μ为判定阈值,则停止运算,输出 为最终推算的速度;否则,令τ自增1,并将ζt(τ)存入Zt;
[0091] 3.5如果Zt的元素个数等于t-1,则停止运算,输出 为最终推算的速度,其中[0092]
[0093] 其中,L(·)表示二范数;否则,转入步骤3.2;
[0094] 第4步、重复第2步至第3步,输出每个采样点的速度估计值。
[0095] 提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的,而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改,均应涵盖在本发明的范围之内。

附图说明

[0032] 图1为本发明流程图。
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