一种码表骑行设备的指北方法及装置与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及骑行设备技术领域，具体涉及一种码表骑行设备的指北方法、装置、码表骑行设备及存储介质。背景技术：2.指北定向是码表骑行设备的重要功能，基于磁力设备构建定向系统是常见的解决方案，但是该方法易受到强磁干扰从而导致定向发散。磁力设备和陀螺/罗盘等组合可有效缓解该问题，但是硬件成本会极大程度的增加，因此，目前缺乏一种较好的码表骑行设备的指北方法。技术实现要素：3.本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种码表骑行设备的指北方法、装置、码表骑行设备及存储介质，解决现有技术中无法较好的进行码表骑行设备的指北的技术问题。4.为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：5.第一方面，本发明提供一种码表骑行设备的指北方法，包括如下步骤：6.获取实时的经纬坐标；7.对所述经纬坐标进行坐标转换，以得到与所述经纬坐标对应的平面坐标；8.将所述平面坐标存储至预设的链表中，并对所述链表进行更新，其中，所述链表存储有n个平面坐标；9.根据更新后的链表，建立所述链表的的线性自相关函数，并根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度；10.对所述初始真北方向角度进行优化处理，以得到优化后的定向指北角度。11.优选的，所述的码表骑行设备的指北方法中，所述对所述经纬坐标进行坐标转换具体采用如下公式：[0012][0013]其中，x表示东方向坐标，y表示北方向坐标，lng表示经度，lat表示纬度，a表示将角度转换成弧度的操作，re为地球半径。[0014]优选的，所述的码表骑行设备的指北方法中，所述将所述平面坐标存储至预设的链表中，并对所述链表进行更新，包括：[0015]判断所述链表中的坐标个数是否小于n，如果是，则将所述平面坐标存入所述链表的尾部后，继续获取一实时经纬坐标转换后的平面坐标，直至所述链表中的坐标个数达到n；[0016]当所述链表中的坐标个数不小于n时，将链表头部的坐标删除，并将所述平面坐标存入所述链表的尾部。[0017]优选的，所述的码表骑行设备的指北方法中，所述根据更新后的链表，建立所述链表的的线性自相关函数，并根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度，包括：[0018]建立所述链表的线性方程；[0019]根据更新后的链表，采用最小二乘法对所述线性方程进行求解，以得到所述链表的线性自相关函数；[0020]根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度。[0021]优选的，所述的码表骑行设备的指北方法中，所述根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度，包括：[0022]获取链表中各个平面坐标的位置关系；[0023]根据所述各个平面坐标的位置关系以及所述线性自相关函数，采用反三角函数计算出初始真北方向角度。[0024]优选的，所述的码表骑行设备的指北方法中，所述对所述初始真北方向角度进行优化处理，以得到优化后的定向指北角度，包括：[0025]判断所述初始真北方向角度与上一时刻的定向指向角度的差值是否小于预设的阈值；[0026]如果不是，则将上一时刻的定向指向角度作为当前时刻的优化后的定向指北角度；[0027]如果是，则对所述初始真北方向角度进行后验估计，将后验估计得到的输出值作为所述优化后的定向指北角度。[0028]优选的，所述的码表骑行设备的指北方法中，所述对所述初始真北方向角度进行后验估计，将后验估计得到的输出值作为所述优化后的定向指北角度，包括：[0029]根据上一时刻的定向指北角度以及中误差，生成离散点集合；[0030]对当前时刻的量测进行更新，得到当前时刻的量测值后，基于所述离散点集合先验条件下的后验估计以及所属量测值，对所述中误差进行更新；[0031]基于所述更新后的中误差，得到后验估计后的输出值，将所述后验估计得到的输出值作为所述优化后的定向指北角度。[0032]第二方面，本发明还提供一种码表骑行设备的指北装置，包括：[0033]数据获取模块，用于获取实时的经纬坐标；[0034]坐标转换模块，用于对所述经纬坐标进行坐标转换，以得到与所述经纬坐标对应的平面坐标；[0035]链表更新模块，用于将所述平面坐标存储至预设的链表中，并对所述链表进行更新，其中，所述链表存储有n个平面坐标；[0036]初始真北方向计算模块，用于根据更新后的链表，建立所述链表的的线性自相关函数，并根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度；[0037]优化输出模块，用于对所述初始真北方向角度进行优化处理，以得到优化后的定向指北角度。[0038]第三方面，本发明还提供一种码表骑行设备，包括导航芯片和电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述加速度计与所述处理器电连接、并用于将采集的经纬坐标发送给所述处理器；[0039]所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；[0040]所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的码表骑行设备的指北方法中的步骤。[0041]第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的码表骑行设备的指北方法中的步骤。[0042]与现有技术相比，本发明提供的码表骑行设备的指北方法、装置、码表骑行设备及存储介质，不借助磁力设备、罗盘，仅通过导航芯片便可实现精确指北的码表算法和系统，属于码表及骑行设备的技术领域。所描述的系统可不依赖磁力设备以及电子罗盘等定向设备，仅利用码表中内置的gnss导航芯片，便可实现指北定向的功能。本系统的唯一数据来源是导航芯片的经纬高。首先，将连续时间队列的经纬度投影得到对应的平面坐标序列；随后，将短时间段内的平面坐标序列做线性自相关，得到线性带偏模型；接着，根据线性函数反算航向，进而可以得到初始真北方向角度，最后对初始真北方向角度进行优化处理，即可得到最终所需的定向指北角度，在不利用磁力设备的前提下，实现了解算较为准确、时延低的指北定向功能，与磁力、罗盘解算的结果相差不大、且避免了磁干扰问题。附图说明[0043]图1是本发明提供的码表骑行设备的指北方法的一较佳实施例的流程图；[0044]图2是本发明经纬坐标的示意图；[0045]图3是本发明平面坐标的示意图；[0046]图4是本发明初始真北方向角度的示意图；[0047]图5是本发明定向指北角度的示意图；[0048]图6是本发明提供的码表骑行设备的指北装置的一实施例的示意图；[0049]图7是本发明码表骑行设备的指北程序的一实施例的运行环境示意图。具体实施方式[0050]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0051]请参阅图1，本发明提供了一种码表骑行设备的指北方法，包括如下步骤：[0052]s100、获取实时的经纬坐标；[0053]s200、对所述经纬坐标进行坐标转换，以得到与所述经纬坐标对应的平面坐标；[0054]s300、将所述平面坐标存储至预设的链表中，并对所述链表进行更新，其中，所述链表存储有n个平面坐标；[0055]s400、根据更新后的链表，建立所述链表的的线性自相关函数，并根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度；[0056]s500、对所述初始真北方向角度进行优化处理，以得到优化后的定向指北角度。[0057]本实施例中，不借助磁力设备、罗盘，仅通过导航芯片便可实现精确指北的码表算法和系统，属于码表及骑行设备的技术领域。所描述的系统可不依赖磁力设备以及电子罗盘等定向设备，仅利用码表中内置的gnss导航芯片，便可实现指北定向的功能。本系统的唯一数据来源是导航芯片的经纬高。首先，将连续时间队列的经纬度投影得到对应的平面坐标序列；随后，将短时间段内的平面坐标序列做线性自相关，得到线性带偏模型；接着，根据线性函数反算航向，进而可以得到初始真北方向角度，最后对初始真北方向角度进行优化处理，即可得到最终所需的定向指北角度，在不利用磁力设备的前提下，实现了解算较为准确、时延低的指北定向功能，与磁力、罗盘解算的结果相差不大、且避免了磁干扰问题。[0058]在一些实施例中，步骤s100中通过gnss导航芯片获取经纬坐标，，将第i时刻获取到的经纬度信息记为posi(lng，lat)，lng表示经度，lat表示纬度，对应的单位为度(°)，导航芯片按照一定频率实时更新定位信息，在一些实施例中，经纬坐标如图2所示。[0059]在一些实施例中，步骤s200是为了获取经纬坐标在“东北天”坐标系下的投影坐标，具体的，所述对所述经纬坐标进行坐标转换具体采用如下公式：[0060][0061]其中，x表示东方向坐标，y表示北方向坐标，lng表示经度，lat表示纬度，a表示将角度转换成弧度的操作，re为地球半径，在一些实施例中，取re＝6378137m，在一些实施例中，平面坐标如图3所示。[0062]在一些实施例中，步骤s300是用于将经纬坐标存储在一个链表中，从而根据链表中的经纬坐标来实现数据分析。具体的，在此步骤中，首先构建一个长度为n的链表，每有一个经纬坐标完成坐标转换，便进入链表更新流程。具体的，所述步骤s300具体包括：[0063]判断所述链表中的坐标个数是否小于n，如果是，则将所述平面坐标存入所述链表的尾部后，继续获取一实时经纬坐标转换后的平面坐标，直至所述链表中的坐标个数达到n；[0064]当所述链表中的坐标个数不小于n时，将链表头部的坐标删除，并将所述平面坐标存入所述链表的尾部。[0065]本实施例中，如果当前量表中的坐标个数npos＜n，则将进入的平面坐标存入链表尾部；如果npos≥n，且解算结果有效，则将链表除去头元素，在尾部存入新坐标，解算结果无效则链表中元素不变，继续迭代。[0066]步骤s400是为了分析链表中的各个平面坐标之间存在的线性关系，从而根据该线性关系来计算出初始真北方向角度。具体的，步骤s400具体包括：[0067]建立所述链表的线性方程；[0068]根据更新后的链表，采用最小二乘法对所述线性方程进行求解，以得到所述链表的线性自相关函数；[0069]根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度。[0070]本实施例中，将连续时序的n个平面坐标存入链表后，链表中会有纬度为n*2的平面坐标序列，简化记为[x，y]n，矩阵形式为：[0071][0072]将[x，y]近似成线性关系，则可以利用系数k和偏置bias来线性表示y＝f(x)，即为所述链表的线性方程：[0073][y]n*1＝k*[x]n*1+bias。[0074]因此，链表元素自相关也就是求解当前链表元素拟合的系数k和偏置bias。根据最小二乘法，只要n≥2，则达到满秩的条件，则可得到收敛解，解算方法如下：[0075][y]n*1＝[x,1]n*2·[k,bias]2*1[0076][0077][0078]上式中，下标仅表示矩阵的维度，(·)-1表示矩阵的逆，表示(·)t矩阵的转置，根据上式便可解算得到线性自相关函数的系数k和偏置bias，当得到了数k和偏置bias后，即求解出了所述链表的线性方程，得到线性自相关函数，根据该线性自相关函数即可计算出初始真北方向角度。[0079]在一些实施例中，所述根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度，包括：[0080]获取链表中各个平面坐标的位置关系；[0081]根据所述各个平面坐标的位置关系以及所述线性自相关函数，采用反三角函数计算出初始真北方向角度。[0082]本实施例中，提取出k，根据反三角函数、链表中平面坐标的位置关系，解算得到当前的方向角，解算过程如下：[0083]θtemp＝arctan(k)*180/π[0084]a＝xn-x1,b＝yn-y1[0085][0086]其中，θtemp是利用反正切函数得到的方向中间值，θ则是最终解算的骑行方向，由于北方向与东方向的夹角为为π/4，故π/4-θ便是指北针的动态指向，因此，在码表坐标系下，显示的真北方向θn则为:[0087]θn＝90-θ。[0088]如图4所示，其为本发明一具体实施例中，初始真北方向角度的示意图。[0089]由于本发明解算只依靠了经纬数据，因此，gnss定位失锁出现粗差的情况下，反算的方向精确性和鲁棒性较差。针对此情况本发明设计了定向优化方法，通过对初始真北方向角度进行优化处理，可以得到较为真实的定向指北角度。在一些实施例中，步骤s500具体包括：[0090]判断所述初始真北方向角度与上一时刻的定向指向角度的差值是否小于预设的阈值；[0091]如果不是，则将上一时刻的定向指向角度作为当前时刻的优化后的定向指北角度；[0092]如果是，则对所述初始真北方向角度进行后验估计，将后验估计得到的输出值作为所述优化后的定向指北角度。[0093]本实施例中，在得到在码表坐标系中的真北指向角度θn(k)后，将其缓存作为角度空间的约束(因为正常骑行过程中，转向变化为渐变)，此处的约束条件为瞬时转向阈值△，因此下一时刻的北向角度有极大的可能在θn(k)±△的范围内；继续进行下一步解算得到θn(k+1)，判断更新量测是否在约束范围内，如果不在则用前一历元的输出代替当前输出，如果在阈值内，则进行后验估计，如下公式所示：[0094][0095]通过后验估计后，将后验估计得到的输出至作为所述优化后的定向指北角度。[0096]在一些实施例中，所述对所述初始真北方向角度进行后验估计，将后验估计得到的输出值作为所述优化后的定向指北角度，包括：[0097]根据上一时刻的定向指北角度以及中误差，生成离散点集合；[0098]对当前时刻的量测进行更新，得到当前时刻的量测值后，基于所述离散点集合先验条件下的后验估计以及所属量测值，对所述中误差进行更新；[0099]基于所述更新后的中误差，得到后验估计后的输出值，将所述后验估计得到的输出值作为所述优化后的定向指北角度。[0100]本实施例中，优化流程简记为f(·)，具体流程如下：[0101]1、根据当前方向θn(k)以及中误差p(k)，生成离散点集合θni(k)(i＝1～9):[0102][0103]2、完成下一历元的量测更新后，得到θn的k+1时刻量测值z(k+1)后，计算基于离散集合θni(k)先验信息条件下的后验估计θn(k+1|k)，并更新中误差p(k+1)：[0104][0105]其中，p0为起始中误差。将后验估计θn(k+1|k)作为第k+1时刻的输出值，并继续循环迭代，最终得到的优化后的定向指北角度如图5所示。[0106]本发明设计了基于导航芯片的码表骑行定向解算系统，通过数据预处理，经纬坐标投影转换，平面坐标自相关，位置反算航向，航向优化等过程，在获取短时间序列的经纬坐标后，便可得到定向的输出。另外由于本发明解算只依靠经纬数据，因此在gnss定位失锁出现粗差的情况下，反算的方向精确性和鲁棒性较差。针对此情况本发明设计了定向优化方法，将前一部分历元信息作为先验数据，对后续解算做约束控制，以达到提高定向准确性和鲁棒性的目的。[0107]基于上述码表骑行设备的指北方法，本发明还相应的提供一种码表骑行设备的指北装置600，请参阅图6，该码表骑行设备的指北装置包括数据获取模块610、坐标转换模块620、链表更新模块630、初始真北方向计算模块640以及优化输出模块650。[0108]数据获取模块610用于获取实时的经纬坐标。[0109]坐标转换模块620用于对所述经纬坐标进行坐标转换，以得到与所述经纬坐标对应的平面坐标。[0110]链表更新模块630用于将所述平面坐标存储至预设的链表中，并对所述链表进行更新，其中，所述链表存储有n个平面坐标；[0111]初始真北方向计算模块640用于根据更新后的链表，建立所述链表的的线性自相关函数，并根据所述线性自相关函数计算出初始真北方向角度；[0112]优化输出模块650用于对所述初始真北方向角度进行优化处理，以得到优化后的定向指北角度。[0113]本实施例中，不借助磁力设备、罗盘，仅通过导航芯片便可实现精确指北的码表算法和系统，属于码表及骑行设备的技术领域。所描述的系统可不依赖磁力设备以及电子罗盘等定向设备，仅利用码表中内置的gnss导航芯片，便可实现指北定向的功能。本系统的唯一数据来源是导航芯片的经纬高。首先，将连续时间队列的经纬度投影得到对应的平面坐标序列；随后，将短时间段内的平面坐标序列做线性自相关，得到线性带偏模型；接着，根据线性函数反算航向，进而可以得到初始真北方向角度，最后对初始真北方向角度进行优化处理，即可得到最终所需的定向指北角度，在不利用磁力设备的前提下，实现了解算较为准确、时延低的指北定向功能，与磁力、罗盘解算的结果相差不大、且避免了磁干扰问题。[0114]由于上文已对码表骑行设备的指北方法进行详细描述，码表骑行设备的指北方法具备的技术效果，码表骑行设备的指北装置同样具备，故在此不再赘述。[0115]如图7所示，基于上述码表骑行设备的指北方法，本发明还相应提供了一种穿戴式设备，包括导航芯片和电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述导航与所述处理器电连接、并用于将采集的经纬坐标发送给所述处理器。[0116]该电子设备可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。该电子设备包括处理器10、存储器20及显示器30。图7仅示出了电子设备的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。[0117]存储器20在一些实施例中可以是该电子设备的内部存储单元，例如电子设备的硬盘或内存。存储器20在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器20还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器20用于存储安装于电子设备的应用软件及各类数据，例如安装电子设备的程序代码等。存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有码表骑行设备的指北程序40，该码表骑行设备的指北程序40可被处理器10所执行，从而实现本发明各实施例的码表骑行设备的指北方法。[0118]处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit,cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行码表骑行设备的指北方法等。[0119]显示器30在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器30用于显示在所述电子设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备的部件10-30通过系统总线相互通信。[0120]在一些实施例中，当处理器10执行存储器20中码表骑行设备的指北程序40时实现上述各实施例所述的码表骑行设备的指北方法的步骤。[0121]综上所述，本发明提供的码表骑行设备的指北方法、装置、码表骑行设备及存储介质，不借助磁力设备、罗盘，仅通过导航芯片便可实现精确指北的码表算法和系统，属于码表及骑行设备的技术领域。所描述的系统可不依赖磁力设备以及电子罗盘等定向设备，仅利用码表中内置的gnss导航芯片，便可实现指北定向的功能。本系统的唯一数据来源是导航芯片的经纬高。首先，将连续时间队列的经纬度投影得到对应的平面坐标序列；随后，将短时间段内的平面坐标序列做线性自相关，得到线性带偏模型；接着，根据线性函数反算航向，进而可以得到初始真北方向角度，最后对初始真北方向角度进行优化处理，即可得到最终所需的定向指北角度，在不利用磁力设备的前提下，实现了解算较为准确、时延低的指北定向功能，与磁力、罗盘解算的结果相差不大、且避免了磁干扰问题。[0122]当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。[0123]以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。









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