[导读]“定位”这个概念想必大家并不陌生,可以说定位技术的迅猛发展,给我们的日常生活带来了极大的便利。比如,手机的定位导航系统让“路痴”再也不怕出远门了;航天飞行器可以自由地穿梭于浩瀚的宇宙却逃不出人类的掌控;无人驾驶技术更是离不开定位系统的支撑……通过GPS定位系统实现无人机的空中悬停...
“定位”这个概念想必大家并不陌生,可以说定位技术的迅猛发展,给我们的日常生活带来了极大的便利。比如,手机的定位导航系统让“路痴”再也不怕出远门了;航天飞行器可以自由地穿梭于浩瀚的宇宙却逃不出人类的掌控;无人驾驶技术更是离不开定位系统的支撑……通过GPS定位系统实现无人机的空中悬停定点飞行接下来,将向大家介绍一种简单的定位算法:三边测距定位算法。【简介】
简单地说,实现定位你只需要做好以下两点:测量值 从某种意义上说,几乎所有你能测量的数据都取决于“位置”,并且可以利用测得的数据进行定位。最理想的情况是测量那些对“位置”非常敏感的数据。例如,测量温度可能会知道你身在哪个大陆,当然这样的结果并不准确,但是如果测量的是你相对于某些点的距离或者角度,那么对你的位置的定位可能会更精确一些。
参考点 描述一个确定的位置,正确的方法就是描述它相对于某些参考点的位置。参考点可以是“你的家”、“北极星”或“天空中的一些卫星”。对我们来说,我们将使用锚。利用3个锚点就可以描述一个二维的坐标系统,在这个系统中我们可以找到我们的位置。对于三维定位系统,我们则需要4个锚点。
下面是一些例子:
定位系统 | 测量值 | 参考点 |
GPS | 距离* | 卫星 |
Pozyx | 距离 | 锚 |
摄像机 | 视频图像 | 相机指定方向 |
WiFi、指纹识别 | 接收信号强度 | 数据库中的指纹 |
数字罗盘 | 磁场矢量 | 磁场北极 |
航位推算 | 加速度和角速度(来自陀螺仪) | 最初的位置和方向 |
注意:一些GPS接收器也使用多普勒频移定位
【三边测距法】
最常用的定位方法是使用基本的几何图形来估计位置。通过测量与锚点的距离,就可以确定你的位置。如果我们只知道自己与锚点的距离,那么我们的位置肯定会在以锚点P为圆心以测得距离d为半径的圆上。如果我们用3个锚进行距离测量,我们会发现我们的位置在三个圆的交点上,如图1所示。这种方法被称为三边测距法(如果使用的锚点数量超过3个,则称为多边测距法)。
这种方法的困难在于测量中总会有一些噪音,测量并不完美。因此,圆不会在一个点相交。为了解决这个问题,我们试着找出最接近所有圆的点。图1:三边测量 注:你可以选择跳过该算法的描述,直接参阅下一篇文章:超宽带是如何工作的。【一个基本的算法】
在本节中,我们将介绍一种简单的算法,它可以从一系列的范围测量中计算出位置。这个基本算法不是最优的,但是当范围测量足够精确时,它就会很好地工作。
我们将解释2D定位的算法。位置P由坐标x和y给出。第i个锚点pi的位置坐标为(xi,yi),如果我们有N个锚,那么i的取值为从1到N,这些锚点的坐标是已知的。
现在,位置P与第i个锚点之间的距离由di表示,di由下面的公式给出: 对等式两边取平方: 上面方程的问题在于含有非线性项x^2和y^2。我们可以通过从di^2中减去dN^2来消除这些非线性项,得到N-1个方程,其中第i个方程式为:
现在我们有了一些关于坐标x和y的线性方程,这很好,因为线性方程很容易求解。我们把它写成矩阵的形式:其中:我们现在可以解这个方程组了。
如果我们恰好有3个锚点:N=3,我们就会得到两个方程来求解两个未知数,通过求解下面的方程,我们可以找到P的位置:如果我们有超过3个锚点:N>3,我们得到的方程的数量要多于未知数的数量,此时A的逆矩阵是不存在的。为了解决这个问题,我们可以利用伪逆算子来计算这个位置。这就产生了下面的方程式:请注意,上面的公式将尽可能地将坐标x和y与所有不同的方程相匹配。因此,当使用更多的锚时,定位的准确性也会随之提高。
上面描述的算法被称为线性最小二乘算法。“线性”是因为我们把方程进行了线性化(通过平方)和“最小二乘”是因为矩阵的(伪)逆矩阵会使所有方程的平方误差最小化。【拓展】
上面描述的算法是一种非常简单和低复杂度的算法。如果你想了解更多关于先进定位技术的知识,建议你寻找以下主题:非线性最小二乘、卡尔曼滤波、粒子滤波、置信传播……
作者:赵得江来源:平行机器人版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。
扫描二维码,关注更多精彩内容
本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
目标应用包括用户存在感测、手势识别、机器人和工业用途
关键字:
传感器
测距
机器人
随着科技的不断发展,无人机技术在各个领域得到了广泛的应用,其中无人机测距技术在很多行业中也得到了广泛的应用。无人机测距技术是指利用无人机搭载的测距设备,通过无人机对目标进行距离测量的技术。与传统的测距方式相比,无人机测距...
关键字:
无人机
测距
(全球TMT2022年7月6日讯)2022年7月5日,Innovusion实现了高性能车规激光雷达Falcon 第10000台的下线。Innovusion选用1550nm激光器,满足当下需求的同时,确保技术路线可持续深...
关键字:
激光雷达
OV
IO
测距
(全球TMT2022年5月12日讯)近期,高德智感发布新品TK二代小马座系列单目手持红外望远镜。TK二代小马座采用全新升级的红外探测器和专利图像处理技术,成像效果优异。具有拍照、录像、平滑放大、伪彩调节、概略测距、画中...
关键字:
望远镜
LCOS
指示器
测距
基于无线传感器网络的RSSI定位研究
黄雅楠
(安徽理工大学 电气与信息工程学院,安徽 淮南 232000)
摘 要:目前基于无线传感器网络的RSSI定位算法存在片面性,未从全过程考虑,导致虽在一定水平上提高了定位精
度...
关键字:
无线传感器网络
RSSI
定位算法
测距
摘要:干滩高程测量是矿山企业尾矿库监测系统中一项重要的检测内容,用于检测矿山尾矿(废料)排放湖面的高度。尾矿库一般都地处偏远山区,要求检测设备具有很强的恶劣环境适应能力,因而迫切需要开发出一种新的测量技术,以用于满足数字...
关键字:
光电码盘
测距
尾矿库
恶劣环境
摘要:介绍了一种以单片机AT89S52为核心,同时用74LS04驱动超声波发射探头,用CX20106A对接收信号进行放大、滤波、检波并输出负脉冲的低成本、高精度超声波测距系统的硬件和软件设计方法。实验证明,这套超声波测距...
关键字:
超声波
测距
单片机
高精度
摘要:采用数字图像处理的理论与方法,研究分析了数字图像预处理方式、目标图形检测技术和测距模型建立方法,结合单个摄像机的测距方案,提出了基于频域分析的聚焦测距原理。该测距方案的目的是:通过对单目摄像机捕获的图像进行处理,并...
关键字:
数字图像处理
测距
聚焦
频域
关注、星标公众号,直达精彩内容来源:平行机器人整理:李肖遥我们都知道卫星信号在室内会被严重影响,从而导致GPS或是北斗无法定位。所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位系统,从...
关键字:
UWB
测距
关注、星标公众号,直达精彩内容来源:平行机器人 | 赵得江整理:李肖遥通过GPS定位系统实现无人机的空中悬停定点飞行 “定位”这个概念我想大家并不陌生,可以说定位技术的迅猛发展给我们的日常生活带来了极大的便利。比如,...
关键字:
测距
最近给朋友调试了STM32F407驱动VL53L0的激光测距,安装在机器人上的,遇到一些问题,这里发帖纪录一下。关于VL53L0的资料和代码在正点原子那里都有,但是正点原子只是驱动了一路VL53L0,很多问题都需要我们自...
关键字:
STM32F4
测距
近期,苹果一项与VR/AR头显的“测距及附件追踪技术”相关专利得到公开。据悉,专利中提到基于头显和手持/穿戴式设备内的超声波传感器,通过飞时测距法实现传感器与墙壁、目标、障碍物之间的相对测距,不
关键字:
vr
测距
苹果
北京时间5月9日消息,据国外媒体报道,最新发现的黑洞可能是迄今观测距离地球最近的黑洞,人们无需望远镜就能观测到该黑洞所在的“宇宙家园”。这个神秘黑洞位于距离地球1000光年的金牛星座南部,该黑洞无法被
关键字:
望远镜
X射线
测距
轨道
无线传感器网络的许多应用要求节点知道自身的位置信息,才能向用户提供有用的检测服务。没有节点位置信息的监测数据在很多场合下是没有意义的。比如,对于森林火灾检测、天然气管道监测等应用,当有事件发生时
关键字:
节点定位
无线传感器网络
定位技术
测距
最新发现的黑洞可能是迄今观测距离地球最近的黑洞,人们无需望远镜就能观测到该黑洞所在的“宇宙家园”。
这个神秘黑洞位于距离地球1000光年的金牛星座南部,该黑洞无法被观测到,它具有强大的引力,以至于没有
关键字:
望远镜
X射线
测距
轨道
技术原理:双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)
马儿(Marr)的视觉计算理论框架,主要分为三个测算部分:
第一部分是早期视觉,拍摄的图像,感知前方物体
关键字:
无人机
大疆
测距
三维模型
(文章来源:中科罗伯特机器人学院)
通过这几年工业机器人的普及和发展,工业机器人的设备与配件也变得越来越完善。传感器作为工业机器人最重要的设备之一,想要学习和深入了解工业机器人的人来说,
关键字:
工业机器人
感应器
测距
距离传感器
(文章来源:电子元件技术网)
接近式传感器本身只能近距离且无接触检测金属物体。测距改变式弹力杆装置最大的特点是可以使触点的感应范围范围过载。其中的弹簧加载活塞,探针以及按钮是用来接触产品
关键字:
工业控制
接近传感器
电感式
测距
这两年,随着科技的迅速发展,人脸识别已经逐渐成为了新时期生物识别技术应用的重要领域,忘记密码了?没事儿,咱还可以“刷脸”!今天,与非网小编将带大家了解一下最新的人脸识别技术,看看这项技术发展到哪
关键字:
人脸识别技术
FACE
测距
苹果