定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種定位方法，包括一個第一步驟(10)，其中，由基本上位置固定的發(fā)射器的無線電信號確定一個第一位置序列(12)，其中，通過耦合由其它的傳感器數(shù)據(jù)確定一個第二位置序列(14)。本發(fā)明的核心在于，在一個第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)相互比較。此外，本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行該方法的計算機程序產(chǎn)品。本發(fā)明也涉及一種定位裝置(100)，尤其是在一臺移動終端設(shè)備內(nèi)，包括：一個接收器(110)，用于接收位置固定的發(fā)射器的無線電信號；定位部件(160)，用于由位置固定的發(fā)射器的無線電信號確定接收器的一個第一位置；傳感器(120)，至少用于確定一個方向和一個路程，以便通過耦合確定一個第二位置；一個存儲器(130)，用于存儲一個第一位置序列和一個第二位置序列。本發(fā)明的核心在于，定位裝置具有一個處理裝置(140)用于補償?shù)谝晃恢眯蛄泻偷诙恢眯蛄小?br> 【專利說明】定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定位方法，包括一個第一步驟，在該步驟中從基本上位置固定的發(fā)射器的無線電信號確定一個第一位置序列，其中通過耦合從其它的傳感器數(shù)據(jù)中確定一個第二位置序列。此外，本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行所述方法的計算機程序產(chǎn)品。本發(fā)明也涉及一種定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止主要有WLAN定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)是以可識別的發(fā)射器(例如，WLAN路由器)的發(fā)射信號，以及在一個接收器，例如，一個定位系統(tǒng)，測得的這些發(fā)射信號的接收強度為基礎(chǔ)來確定該接收器位置。對此，原則上有兩種不同的理論，它們分別稱作“位置指紋定位”或“信號路徑建?！?。在“位置指紋定位”時，在使用定位系統(tǒng)之前，對定位系統(tǒng)的整個應(yīng)用區(qū)域進行測量和在每個位置對應(yīng)的一個網(wǎng)格上面輸入全部可使用的WLAN網(wǎng)絡(luò)的接收強度。當(dāng)定位系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，在定位儀處測得的接收強度與存儲在數(shù)據(jù)庫中的接收強度相比較并通過專用的算法計算位置。最簡單可行的算法是從數(shù)據(jù)庫中把其測量的接收強度與定位時測量的接收強度之間幾何距離最小的位置確定為位置。
[0003]在“信號路徑建模”技術(shù)中，是以包含所有位于定位區(qū)域內(nèi)的WLAN基站的位置的數(shù)據(jù)庫作為前提條件，此外，如文獻(xiàn)US7，403，762中所述可以通過測量定位區(qū)域內(nèi)的接收強度確定這些位置。在定位過程中，在終端設(shè)備處測得的接收強度通過一種數(shù)學(xué)相關(guān)性換算成與從屬基站之間的距離并且以已知的路由器位置為基礎(chǔ)通過三邊測量法確定當(dāng)前位置。在這里，三邊測量法與熟知的三角測量法的區(qū)別在于，只使用距離信息而不使用角度信肩、O
[0004]這兩種方法的準(zhǔn)確性依賴于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量，因為定位永遠(yuǎn)都不可能比通過數(shù)據(jù)庫給定的參考位置更精確。在這里，在編制數(shù)據(jù)庫時可能會出現(xiàn)各式的干擾，因為，測得的接收強度不僅與距離，此外還與位于傳輸路徑上的對象、終端設(shè)備的方位和時間相關(guān)。此夕卜，還有可能是，甚至是在編制完數(shù)據(jù)庫之后路由器的位置還會發(fā)生變化，清除路由器或新添加路由器。為了能夠在這些情況下仍保證定位系統(tǒng)的功能性，例如，在文獻(xiàn)US7，474，897中采取的措施是，評價每一個路由器的定位信息的質(zhì)量并借此決定，是否可以使用該路由器定位。
[0005]文獻(xiàn)US7，493，127介紹了一種在運行狀態(tài)下升級數(shù)據(jù)庫的方法，其中，在運行狀態(tài)下在每一個定位過程中都對接收信息的完整性進行檢測和在接收信息不完整或有新的接收信息的情況下能夠以通過其它的路由器確定的終端設(shè)備的位置為基礎(chǔ)改變或新添加路由器的位置。這些方法保證，當(dāng)存在足夠數(shù)量的其它的路由器并且能夠借助這些路由器定位時，系統(tǒng)的功能性不會因單個路由器的特性發(fā)生變化而受到限制。
[0006]一種可以對改善行人的定位精確度的方法是通過從一個起始位置開始計算方向和距離的計算航跡導(dǎo)航法，也被稱作慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)。例如，一個INS可以以MEMS傳感器為基礎(chǔ)。在這里，使用的是一個加速度傳感器，通過計算步數(shù)與確定步長相結(jié)合來探測位置變化。此外，使用一個電子羅盤，并且是常常結(jié)合一個轉(zhuǎn)速傳感器來確定水平運動的方向，而壓力傳感器負(fù)責(zé)識別在縱軸方向的運動。此外,在“Advanced Integration of WIFIand Inertial Navigation Systems for Indoor Mobile Positioning” (Evennou, F.,Marx,F.,Eurasip journal on applied signal processing,Hindawi publishing corp.,Newyork(2006))和 WLAN-Based Pedestrian Tracking Using Particle Filters andLow-costMEMS Sensor (H.Wang,H.Lenz,A.Szabo, J.Bamberger,和 U.Hanebeck,Procedingsof Workshop on Positioning,Navigation and Communication,2007.,pp-1-7,2007)中，通過利用傳感器信息融合技術(shù)融合INS-數(shù)據(jù)和WLAN-數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)改善定位精度。在這里，為了在一段時間內(nèi)，例如，通過一個粒子濾波器來更加準(zhǔn)確地確定借助WLAN確定的位置，使用了 INS-數(shù)據(jù)，如果沒有INS則不可能實現(xiàn)。
[0007]此外，可以如在”Sensor Data Fusion for Pedestrian Navigation UsingWLAN and INS “ (J.Seitz, L Patino-studencka, B.Schindler, S.Haimerl, J.G.Boronat,
S.Meyer,和J.Thielecke,in Procedings of Gyro Technology Symposium2007,Sep.2007)中所述，使用一個INS用于簡化編制一個“位置指紋定位“數(shù)據(jù)庫。為此，在編制數(shù)據(jù)庫過程期間，借助從INS中獲取的數(shù)據(jù)在兩個手動輸入的參考位置之間內(nèi)插路徑，借此只需很少的手動輸入。如在【背景技術(shù)】中所述，由于在使用WLAN-定位系統(tǒng)時參考位置可能包括，例如，路由器位置，因此包含參考位置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量會限制一個定位系統(tǒng)的精度。熟知的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化方法只使用自己從定位系統(tǒng)中獲取的信息用于識別位置參考的變化。例如，為了能夠確定一個新的路由器的位置，必須借助位于多個地點的多個路由器的接收強度確定最新位置。因為在這里位置測量總是伴有誤差，因此新定位的路由器的位置的不確定性要大于作為參考使用的路由器的位置。此外，系統(tǒng)錯誤，例如，由終端設(shè)備的方位造成的接收特性所導(dǎo)致的系統(tǒng)錯誤，在定位時會直接傳播給新路由器的位置。位置數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量經(jīng)過一段時間之后會因此而下降，因為，當(dāng)一個路由器位置每次變化時，路由器的位置的不穩(wěn)定性都會變大。
[0008]此外，新的路由器只是在多個其它路由器的附近被分配給一個位置，否則的話不能確定參考位置。因此只能在路由器密度高的區(qū)域執(zhí)行數(shù)據(jù)庫優(yōu)化方法和例如，在城市邊緣和農(nóng)村則不行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及一種定位方法，包括一個第一步驟，其中，由基本上位置固定的發(fā)射器的無線電信號確定一個第一位置序列，其中，通過耦合由其它的傳感器數(shù)據(jù)確定一個第二位置序列。本發(fā)明的核心是，在一個第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)相互比較。
[0010]按照本發(fā)明的方法能夠自動改進定位用數(shù)據(jù)庫，無須借助一個參考系統(tǒng)再次測量。可以逐步地擴充位于應(yīng)用領(lǐng)域的邊緣地帶的位置數(shù)據(jù)庫?？梢詼y繪建筑物內(nèi)的路徑。這一切都形成一種優(yōu)勢，對于定位系統(tǒng)的用戶，借此可以改進定位精度，對于定位系統(tǒng)運營商，借此可以促成極低的運營成本，因為無須額外的運營費用，通過用戶的定位儀即可改進數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量。
[0011]優(yōu)選，按照本發(fā)明的方法可以在一個按照本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品中實施或也可以通過一個按照本發(fā)明的定位裝置執(zhí)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1顯示的是按照本發(fā)明的定位方法的一個示例。
[0013]圖2顯示的是按照本發(fā)明比較第一位置序列和第二位置序列。
[0014]圖3顯示的是按照本發(fā)明的定位裝置的一個示例。
【具體實施方式】
[0015]至今的系統(tǒng)使用INS數(shù)據(jù)和WLAN數(shù)據(jù)用于在最低的層面改進定位準(zhǔn)確性。本發(fā)明的主題是，使系統(tǒng)首先單獨地確定走過的路程和隨后通過比較已經(jīng)確定的路徑識別以無線電發(fā)射機為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)的定位錯誤。在這里尤其可以識別出定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的系統(tǒng)錯誤和也可以在邊緣區(qū)域和位置參考較少的區(qū)域添加新的位置參考。本發(fā)明的理念是，以計算航跡導(dǎo)航法為基礎(chǔ)，通過用戶的定位裝置一般性地改善位置數(shù)據(jù)庫。例如，為此在定位裝置內(nèi)使用MEMS傳感器。下面示范性地對可能的實施進行介紹。
[0016]圖1顯示的是按照本發(fā)明的定位方法的一個示例。在每次數(shù)據(jù)融合的初始階段需要確定單個系統(tǒng)的精度。在以無線電發(fā)射機為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)的情況下，通常逐個地確定每個已經(jīng)測量的位置的定位精度2，此外，如果是INS，可以通過比較羅盤數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)據(jù)或羅盤偏移-補償?shù)奶匦院筒介L確定的精度確定定位精度4。然后，在真正的定位過程中記錄數(shù)據(jù)。例如，如圖2所示記錄數(shù)據(jù)。
[0017]圖2顯示的是按照本發(fā)明比較第一位置序列和第二位置序列。此外，該示例還顯示，對兩個位置序列進行補償，以便作為結(jié)果，從中求得一個位置序列。從位置固定的無線電發(fā)射器的測量值中和借助定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，在一個第一步驟10確定一個第一位置序列12。利用在一個INS內(nèi)執(zhí)行計算航跡導(dǎo)航法在同一個步驟10確定一個第二位置序列14，SP，一個路徑。在一個第二步驟20中對這兩個位置序列12和14相互比較。此外，在本例中，這兩個位置序列12和14相互補償并且作為結(jié)果從中求得一個位置序列。比較或數(shù)據(jù)融合是，例如，通過最小二乘估計法(LSE:Least-Square-Estimation)執(zhí)行。在這里需要注意，當(dāng)使用一個羅盤作為INS的一個傳感器時，只須觀察平移自由度。在這種情況下，由于是借助INS的羅盤測量絕對值，不需要轉(zhuǎn)動。基于大多數(shù)時的正確的估計，即，通過INS確定的路徑比通過以無線電發(fā)射機為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)確定的位置更準(zhǔn)確，在完成比較之后同樣可以確定圖2中箭頭所示的定位系統(tǒng)的誤差。通過按照各個路由器的位置區(qū)分由定位系統(tǒng)確定的位置，定位系統(tǒng)的誤差可以換算成數(shù)據(jù)庫的一個誤差，可通過加權(quán)處理利用INS的精度對該誤差進行糾正。該方法的較大優(yōu)勢在于，可以假定定位系統(tǒng)的誤差和INS的誤差是不相干的，借此，即使在沒有或只能使用錯誤的信息用于借助定位系統(tǒng)進行定位的時候，也仍然可以優(yōu)化數(shù)據(jù)庫。這可以擴充位于具有位置參考的區(qū)域的邊緣區(qū)域的數(shù)據(jù)庫。該方法的另一個較大優(yōu)勢在于，可以假定，不同的人可以通過不同的終端設(shè)備(例如，定位裝置)執(zhí)行定位過程。因為不同終端設(shè)備的INS的誤差之間是沒關(guān)于聯(lián)的，當(dāng)通過不同終端設(shè)備執(zhí)行多個過程時，這些誤差相互抵消。由于在全部用于定位的參考對象之間生成一個在均值上無誤差的關(guān)系，因此，實際上數(shù)據(jù)庫也可以通過這種方法得以改善。唯一一個不能通過該方法糾正的誤差是定位系統(tǒng)的全部參考對象的位置的非零平均值的偏移。但是，這種情況在實際上不具備任何相關(guān)性。
[0018]因此，與【背景技術(shù)】相得出一系列的優(yōu)勢。按照本發(fā)明的方法可以自動改善定位用數(shù)據(jù)庫(位置數(shù)據(jù)庫)，無須借助一個參考系統(tǒng)再進行測量。可以逐步地擴大位于應(yīng)用領(lǐng)域的邊緣區(qū)域的位置數(shù)據(jù)庫。可以測繪建筑物內(nèi)的路徑。這一切都形成一種優(yōu)勢，對于定位系統(tǒng)的用戶，借此可以改進定位精度，對于定位系統(tǒng)運營商，借此可以促成極低的運營成本，因為無須額外的運營費用，通過用戶的定位儀即可改進數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量。
[0019]按照本發(fā)明的定位方法涉及的關(guān)鍵部分有，以無線電發(fā)射機為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)，用于記錄一個運動路徑的INS (耦合)，用于融合絕對位置和路徑信息的算法，用于從融合的數(shù)據(jù)中優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的方法。下面對這些部分進行詳細(xì)的說明。
[0020]基于無線電發(fā)射機的定位系統(tǒng)
[0021]該定位系統(tǒng)是以一個數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫用于把在終端設(shè)備確認(rèn)的信息映射到當(dāng)前的位置。這尤其涉及以無線電網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)，而這些網(wǎng)絡(luò)目前大多是數(shù)WLAN網(wǎng)絡(luò)。但是，這些系統(tǒng)原則上也可以用于藍(lán)牙或其它類型的無線電網(wǎng)絡(luò)。原則上甚至可以考慮使用非電磁傳輸途徑(例如，聲學(xué))。在WLAN定位方法范圍內(nèi)，該方法尤其可以應(yīng)用于以包含路由器位置的數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的或使用“位置指紋定位方法的系統(tǒng)。
[0022]記錄運動路徑
[0023]如上所述，例如，可以以微機械傳感器(MEMS)為基礎(chǔ)記錄一個運動路徑。MEMS因其尺寸微小，結(jié)實耐用和耗能低特別適用于移動定位儀。在記錄一個運動路徑時，需要至少一個用于確定位置變化數(shù)值的傳感器和至少一個用于確定位置變化方向的傳感器。它們尤其可以是加速度傳感器，羅盤和轉(zhuǎn)速傳感器。但是，原則上也可以以其它的傳感器數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)記錄路徑信息，例如，可以使用一個車輛的速度和轉(zhuǎn)向角，其中，所述車輛可以是汽車或自行車。也可以考慮把羅盤與車輪轉(zhuǎn)速儀組合應(yīng)用于自行車上。
[0024]位置信息和路徑信息的融合
[0025]無論是位置信息還是路徑信息都可以用數(shù)學(xué)方法表示為一定數(shù)量的元組兄，元組至少由兩個坐標(biāo)組成，但是也可以含有一個第三坐標(biāo)和一個時間戳。
[0026]
【權(quán)利要求】
1.定位方法，包括一個第一步驟(10)， -其中，由基本上位置固定的發(fā)射器的無線電信號確定一個第一位置序列(12)， -其中，通過耦合由其它的傳感器數(shù)據(jù)確定一個第二位置序列(14) 其特征在于，在一個第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)進行相互比較。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，在第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)進行補償并且由所述補償求得一個合成的位置序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，第一位置序列(12)由存儲的關(guān)于配設(shè)給可能的地點的發(fā)射器的信息確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，第一位置序列(12)由存儲的發(fā)射器的位置和/或信號強度確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的定位方法，其特征在于，在一個第三步驟(30)中由第一位置序列(12)校正至少一個位置(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的定位方法，其特征在于，在一個第三步驟(30)中至少為第一位置序列(12)中的一個位置(34)存儲關(guān)于所述的發(fā)射器或至少一個發(fā)射器(34)的位置和/或信號強度的信息。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定位方法，其特征在于，按先后順序多次執(zhí)行該方法。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定位方法，其特征在于，通過添加新的位置，第一位置序列和/或第二位置序列(12，14)被補充成新的第一和/或第二位置序列(12，14)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定位方法，其特征在于，在第一步驟(10)之前，確定用于第一序列(12)的位置的各個定位的精度(2)和用于第二序列(14)的位置的精度⑷。
10.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法的計算機程序產(chǎn)品。
11.定位裝置(100)，尤其是在一個移動終端設(shè)備中， -一個用于位置固定的發(fā)射器的無線電信號的接收器(110)， -定位部件(160)，用于由位置固定的發(fā)射器的無線電信號確定接收器的一個第一位置， -傳感器(120)，至少用于確定一個方向和一個路程，以便通過耦合確定一個第二位置， -一個存儲器(130)，用于存儲一個第一位置序列和一個第二位置序列， 其特征在于，定位裝置具有一個處理裝置(140)用于比較第一位置序列和第二位置序列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的定位裝置，其特征在于，處理裝置(140)被配置用于補償?shù)谝晃恢眯蛄泻偷诙恢眯蛄校员闱蟮靡粋€合成的位置序列。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的定位裝置，其特征在于，定位部件(160)包含一個數(shù)據(jù)庫(162)用于存儲關(guān)于配設(shè)給可能的地點的發(fā)射器的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的定位裝置，其特征在于，定位部件(160)包含一個數(shù)據(jù)庫(162)用于存儲發(fā)射器的位置和/或信號強度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項所述的定位裝置，其特征在于，定位裝置包含一個轉(zhuǎn)速傳感器和/或一個電子羅盤和/或一個加速度傳感器和/或一個計步器和/或一個壓力傳感器。
【文檔編號】G01S5/02GK103502833SQ201180061304
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月21日
【發(fā)明者】J·艾克曼, G·拉梅爾 申請人:羅伯特·博世有限公司