CN100578255C - 用于在导航系统中确定初始位置的方法 - Google Patents

Abstract

实现了用于识别用户的当前位置并提供关于达到期望目的地的路线的信息的功能。具有导航系统的移动通信终端使用全球定位系统(GPS)卫星星座和GPS信号强度来准确地确定初始位置，并且提供准确度得到提高的个人导航服务。

Description

用于在导航系统中确定初始位置的方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于确定移动通信终端的位置的方法，更具体地讲，涉及这样一种方法，该方法用于使用全球定位系统(GPS)卫星来在个人导航系统中确定初始位置，以降低无线电定位误差，并且提高用于确定移动通信终端的位置的无线电定位中的定位准确度。

背景技术

通常，导航系统安装在车辆中，以确定其位置并提供去往期望目的地的最佳路线。这种导航系统传统上使用全球定位系统(GPS)来确定车辆的位置。

当前，GPS卫星导航系统包括24颗高度大约为20.183Km的绕地卫星。GPS卫星导航系统通过计算接收由GPS发送的无线电波(以下称为GPS信号)所花费的时间来确定GPS接收机在期望位置中的位置，GPS信号由GPS接收机接收。

因此，传统的汽车GPS导航系统包括安装在配备有GPS导航系统的车辆上的预定位置的GPS接收机和GPS传感器。这些导航系统通过分析从4颗卫星接收的GPS信号来确定车辆的位置。但是，当确定车辆的位置时，有各种定位误差因素需要被考虑。这些误差因素包括电离层延迟误差、卫星时钟误差、多径误差等。具体地讲，GPS导航系统计算无线电波从卫星到接收机的到达时间，并且从其计算位置。当GPS信号被物体(例如，高的建筑物、路边的树等)阻断或反射(这在大城市区域很典型)时，GPS信号通常不能被准确地接收，增加了GPS定位误差。

包括在GPS信号中的定位误差大约为5m。通过对GPS信号和使用卫星星座计算的水平精度因子(HDOP)值执行相乘运算，来在二维平面上执行位置误差估计。通常，当缺少高准确度地形时，HDOP值为2至3。在这种情况下，可估计10至15m范围内的位置误差。当GPS接收机不能接收从卫星发送的直接GPS信号(由于物体阻挡GPS信号等)而是从其它更远的卫星接收GPS信号时，HDOP值可增加到4或更大。在这种情况下，位置误差增加到20至30m范围内的值。

由于车辆一般在被绘制了地图的道路上行驶，所以即使位置误差大约为30m，GPS车辆导航系统也能够通过参照地图数据库(DB)将初始位置和给定道路上的位置相匹配。因为道路之间的距离一般超过30m，所以GPS定位误差不会影响初始位置确定。但是，在行人在人行道上行走的情况下，例如在相邻并且位于道路两侧的人行道上行走，如果道路中心线和人行道之间的距离大约为20m，并且如果定位误差大约为30m，那么个人导航系统(PNS)不能准确地确定这个人在两条人行道中的哪条人行道上行走。

将参照图1来描述上述示例，图1示出了由于GPS定位误差而导致发生传统的初始位置确定误差的示例。

行人出现在在人行道10上。将描述物体(例如，高的建筑物、路边的树等)与人行道10相邻的情况。在这种情况下，道路中心线40和人行道10或人行道60之间的距离一般大约为20m。

在图1中，当测量行人的初始位置时，如果物体(例如，高的建筑物等)与行人相邻，那么来自卫星的GPS信号可被地形20反射或衍射。因此，因为该信号不是直接信号，所以GPS接收机的定位误差增加。当定位误差具有距行人大约30m或更大的半径时，可确定该行人位于由标号50表示的位置。因为位置50在道路中心线40和人行道60之间，所以行人的位置实际上被测量在与人行道10相对的人行道60附近。PNS确定行人的位置在对面的人行道60上，并且基于人行道60的位置来确定初始位置。

因此，使用传统的PNS系统，当行人在与高的建筑物等相邻的人行道上行走时，由于物体干扰而导致发生定位误差，并且当初始位置被确定时，PNS可能会错误地确定行人在对面的人行道上，而不是在目标人行道上，这可使用户感到不便。当行人的初始位置与对面的人行道相匹配，而不是与目标人行道相匹配时，在路线指引功能中发生大的误差，并且路线指引服务的质量降低。

发明内容

因此，本发明的一方面在于提供一种当行人的初始位置被确定时能够降低定位误差并提高定位准确度的方法。

本发明的另一方面在于提供这样一种方法，该方法在大城市区域中通过使用全球定位系统(GPS)信息准确地测量初始位置来提高路线指引服务的质量。

本发明的另一方面在于这样一种方法，该方法用于基于全球定位系统(GPS)信息通过使用卫星星座和信号强度来确定由于无线电波的阻挡而导致的定位误差，并且确定行人的初始位置。

可通过提供一种用于在导航系统中确定初始位置的方法来实现本发明的以上和其它方面，该方法包括以下步骤：使用大于阈值的全球定位系统(GPS)信号强度来计算GPS卫星的总数；当相对于道路中心线将区划分为两个区域时，确定多个区域中的每个区域的从其接收信号的GPS卫星的数量；和基于每个区域中的GPS卫星的数量，根据比较结果来确定初始位置。

附图说明

通过结合附图，从下面的详细描述中，本发明以上和其它方面及优点将会变得更清楚地被理解，其中：

图1是示出由于传统个人导航系统(PNS)中的全球定位系统(GPS)定位误差而导致发生初始位置确定误差的示例的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的用于提供个人导航服务的系统；

图3示出了根据本发明实施例的位于与高的建筑物相邻的人行道上的行人接收GPS信号的示例；

图4是道路的透视图解，该图解示出了根据本发明实施例的用于计算区域中的GPS卫星的数量的过程，其中，基于道路将区划分为所述区域；和

图5是示出根据本发明实施例的用于确定行人的初始位置的过程的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图在此详细描述本发明的优选实施例。在附图中，即使相同或相似的部件显示在不同的附图中，它们也由相同的标号表示。在下面的描述中，为了清楚和简明，省略了对包含于此的本领域技术人员公知的功能和结构的描述。

本发明实现了用于识别用户的当前位置并提供期望目的地的路线信息的功能。因此，根据本发明实施例的导航系统安装在其中的移动通信终端使用全球定位系统(GPS)卫星星座和GPS信号强度，来确定初始位置。根据本发明，可提供准确度得到提高的个人导航服务。

将参照图2来描述用于提供实现了上述功能的个人导航服务的系统的部件和操作，图2是示出根据本发明实施例的用于提供个人导航服务的系统的框图。

参照图2，用于确定便携式个人导航系统(PNS)200的位置并提供到达期望目的地的最佳路线的导航系统安装在由用户(例如，行人)携带的PNS 200中，并且在PNS 200中被使用。PNS 200通常使用从GPS卫星(例如，210、220、230和240)接收的GPS信号来确定其位置。

因为当行人携带便携式PNS 200时，便携式PNS 200可从路线指引服务器260接收地理信息，所以便携式PNS 200可将携带该PNS 200的行人的位置显示在地图上。PNS 200可基于该PNS 200的当前位置来显示区域的地图，并且同时提供关于到达期望目的地的最短距离的信息。为此，PNS 200包括存储在其中(或从外部源下载)的地图数据以及用于测量该PNS 200的位置的GPS接收机(未显示)。PNS 200使用从GPS卫星210、220、230和240接收的GPS信号来确定其位置，并且基于与测量的位置相应的参考点将特定区域的地图显示给该PNS 200的用户(例如，行人)。用于使用导航系统来提供行人路线指引功能的方法包括：将地图数据存储在PNS中的存储器中，并且基于行走路线来输出地图；从基站250无线接收存储在路线指引服务器260的数据，并且输出所接收的数据。

首先将简要描述在本发明中使用的GPS方法。

为了在PNS中确定初始位置，广泛使用了GPS方法。用户可使用触摸屏或方向键来在地图上指定和/或确定初始位置。或者，用户可通过输入关于主点(main point)的信息来准确地确定初始位置。用于接收GPS卫星信息然后不考虑区域而计算绝对位置的GPS对于自动确定初始位置是必不可少的。但是，因为GPS使用GPS信号从GPS卫星到用户的到达时间来计算位置，所以当信号被物体(例如，高的建筑物等)阻断或反射时，初始位置确定的准确度降低。因此，存在对这样一种算法的需要，即使用户位于高的建筑物或其它阻挡地形附近，该算法能够准确地确定该用户位于道路的哪一侧或位于哪条人行道。

图3是示出根据本发明实施例的位于与高的建筑物相邻的人行道上的用户接收GPS信号的示例的框图。

如图3所示，当携带PNS的用户位于与物体120相邻的人行道时，即，位于标号110所表示的位置时，来自GPS卫星130、131和132的GPS信号能够不被任何物体阻挡而直接发送到便携式PNS的GPS接收机。但是，来自GPS卫星141、142和143的GPS信号被物体120(即，高的建筑物)阻隔，仅有一些GPS信号被发送，剩余的GPS信号被反射，或者另外被阻挡和/或衰减。因此，不是来自所有所示的卫星(即，130、131、131、141、142和143)的所有GPS信号都被PNS接收。GPS卫星141的GPS信号被对面的物体122反射，并且可被发送到便携式PNS。在这种情况下，因为信号强度降低至10dB，PNS可确定GPS卫星141的GPS信号是被阻隔的无线电波。

当用户在与道路相邻的人行道中的一个上行走时，必须基于道路中心线150(或其它这样的定位器)将区划分，以使得行人的初始位置可被确定。在这种情况下，PNS指的是地图数据库，该地图数据库存储关于道路的布局的信息，以基于道路中心线150将PNS位于其中的区划分为两个区域(即，区域-1160和区域-2 170)。在其它实施例中，其它参照物可代替道路中心线。

当通过上述方法基于道路中心线150将区划分为区域-1 160和区域-2 170时，PNS可根据区域160和170将GPS卫星划分为两组。PNS通过将从区域-1 160接收的信号的GPS卫星的数量与从区域-2 170接收的信号的GPS卫星的数量进行比较，来确定行人在哪条人行道上行走。

接着将描述计算与每个区域相关联的GPS卫星的数量的过程。将参照图4来描述根据本发明实施例的计算与基于道路而分类的区域相关联的GPS卫星的数量的过程。

首先，通过选择PNS从其接收大于预定强度的GPS信号的相关联的GPS卫星，来计算GPS卫星的数量。因此，PNS设置直接发送到GPS接收机的GPS卫星信号的强度(或信噪比(SNR))的最小值SNR_min，然后检测从每个GPS卫星接收的GPS信号的强度。PNS然后将接收的GPS信号的强度(或SNR)与最小的GPS信号强度SNR_min进行比较。PNS通过比较过程首先选择具有大于最小的GPS信号强度SNR_min的GPS信号强度(或SNR)的卫星。通过该过程，PNS可计算具有大于最小的GPS信号强度SNR_min的信号强度的卫星的总数。PNS从其接收大于预定强度的信号的GPS卫星的总数被设置为N。

为了清楚，假设具有大于最小的GPS信号强度SNR_min的信号强度的卫星130、131、132和141的总数为4。

如图4所示，GPS卫星星座和PNS的位置可被呈现在二维平面上。如图4所示，GPS卫星如所示那样被布置在每个区域160和170中。本发明提出了一种用于确定有多少颗GPS卫星布置在区域-1 160和区域-2 170中的方法，其中，相对于道路中心线150将区划分为区域-1 160和区域-2 170。

道路相对于二维平面上的诸如正北(N)的预定位置的顺时针角被设置为Road_angle 1，相关联的GPS卫星相对于诸如正北的预定位置的顺时针角，即，方位角，被设置为Sat_angle，以使得能够对区域-1 160计算GPS卫星的数量。可使用下面的方程(1)来计算区域-1 160和区域-2 170的GPS卫星的数量。

在方程(1)中，N_region 1表示区域-1 160的卫星的数量，N_region 2表示区域-2 170的卫星的数量。因为已经知道PNS从其接收信号的GPS卫星的总数，所以通过从GPS卫星的总数中减去N_region 1来计算N_region 2。

(a)N_region 1＝当Road_angle 1＜Sat_angle＜Road_angle 1+180度时的卫星的数量；和

(b)N_region 2＝N-N_region 1

方程(1)

参照图4，区域1的GPS卫星的数量可被计算如下。在图4中，GPS卫星130、131和132的方位角分别是Sat_angle 3、Sat_angle 2和Sat_angle 1，并且在道路中心线150的顺时针角上，Road_angle 1+180度＝Road_angle 2。Road_angle 1是基于正北的道路的顺时针角的第一角。为了确定GPS卫星132所在的区域，PNS确定GPS卫星132的方位角Sat_angle 1是否在Road_angle1和Road_angle 2之间。如果GPS卫星132的方位角Sat_angle 1大于Road_angle 1并小于Road_angle 2，那么PNS确定GPS卫星132位于区域-1160。如果GPS卫星131的方位角Sat_angle 2大于Road_angle 1并小于Road_angle 2，那么PNS确定GPS卫星131位于区域-1 160。同样地，如果GPS卫星130的方位角Sat_angle 3大于Road_angle 1并小于Road_angle 2，那么PNS确定GPS卫星130位于区域-1 160。当GPS卫星141的方位角Sat_angle 4不在Road_angle 1和Road_angle 2之间，PNS确定GPS卫星141不位于区域-1 160，而位于另一区域，即区域-2 170。

可通过上述方法发现GPS卫星130、131和132位于区域-1 160。当从代表PNS从其接收信号的GPS卫星的总数的值4中减去代表区域-1 160中的GPS卫星的数量的值3时，区域-2 170中的GPS卫星的数量等于1，并且因此确定区域-2 170仅有一颗卫星(即，141)。因此，因为N_region 1＞N_region 2，所以可确定从基于道路而区分的一个方向上的卫星接收的信号被阻断。必须使用这两个区域之间的比较结果来确定行人位于哪条人行道上。当具有大的比较值的区域中的卫星的数量至少是3时，初始位置被确定。因为N_region 1和N_region 2分别等于3和1，所以N_region 1＞N_region 2。区域-1 160中的GPS卫星的数量大于或等于3。其结果是，相对于道路确定出行人的初始位置是区域-2 170的人行道。PNS可向用户(即，行人)提供行走路线指引服务。

本发明的另一实施例可限制上述方法，以增加初始位置确定可能性。在使用传统的水平精度因子(HDOP)方法估计用户的位置误差后，当估计的位置误差值超过道路中心线和相邻人行道之间的距离时，可使用GPS信号强度和GPS卫星星座来应用初始位置确定方法。在这种情况下，可基于道路的车道的数量来计算道路中心线和人行道之间的距离。道路的车道的数量存储在地图数据库中。

接着，将参照图5来描述根据本发明实施例的用于确定行人的初始位置的控制流程。图5是示出根据本发明实施例的用于确定行人的初始位置的过程的流程图。

首先，在步骤500中，PNS测量GPS信号强度。然后，PNS进行到步骤505，以确定测量的GPS信号强度是否大于代表最小信号强度的阈值。如果测量的GPS信号强度大于该阈值，那么PNS进行到步骤510，在步骤510中，具有大于该阈值的GPS信号强度的相关联的GPS卫星被选择，并且PNS从其接收信号的GPS卫星的总数被设置为N。PNS进行到步骤515，以相对于道路中心线将区划分为区域-1和区域-2。在步骤520中，PNS计算代表在二维平面上道路相对于正北(或另一预先选择的位置)的角度的Road_angle。在步骤525中，PNS计算所选择的GPS卫星的方位角Sat_angle。在步骤530中，PNS确定每个GPS卫星的方位角Sat_angle是否在Road_angle和Road_angle+180度之间的范围内，从而对两个区域之一计算GPS卫星的总数，其中，相对于道路中心线将区划分为所述两个区域。在这种情况下，使用道路角(Road_angle)来确定一个区域，并且该一个区域的角度大于道路角并小于(道路角+180度)。

如果确定具有在Road_angle和Road_angle+180度之间的范围内的Sat_angle的GPS卫星位于区域-1，那么在步骤535中，PNS确定区域-1中的GPS卫星的数量，并且将区域-1中的GPS卫星的数量设置为N_region 1。然后，PNS进行到步骤540，以计算区域-2中的GPS卫星的数量。因为已经知道PNS从其接收信号的GPS卫星的总数，所以通过从GPS卫星的总数N中减去N_region 1来获得代表区域-2中的GPS卫星的数量的N_region 2。当计算出N_region 1和N_region 2时，PNS进行到步骤545，以将N_region 1和N_region 2进行比较。然后，PNS进行到步骤550，以根据比较结果来确定初始位置。更详细地讲，在比较结果中，当一个区域中的GPS卫星的数量大于另一个区域中的GPS卫星的数量时，则确定出用户(即，行人)位于GPS卫星数量较大的区域的对面的人行道上。在这种情况下，相关联的区域中的GPS卫星的较大数量必须至少是3。

本发明通过准确确定行人的初始位置并执行路线搜索和行走路线指引，来对行人提供方便。此外，本发明可使用GPS卫星星座和GPS信号强度，来确定行人在与给定的街道相邻的哪条人行道上行走。因此，即使当行人过街或者地下通道在给定的路线上时，也可向该行人准确地提供行走路线服务。

尽管为了示意性目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，各种修改、补充和替换是可行的。因此，本发明不限于上述实施例，而是由权利要求连同它们的等同物的全部范围来限定。

Claims (8)

1、一种用于在导航系统中确定初始位置的方法，包括以下步骤：

计算发送具有大于阈值的信号强度的GPS信号的GPS卫星的总数；

从GPS卫星的总数计算位于两个区域每个中的GPS卫星的相应数量，其中，通过相对于道路中心线对区进行划分来确定所述两个区域；和

基于所述两个区域每个中的GPS卫星的相应数量，根据比较结果在导航系统中确定初始位置。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，确定初始位置的步骤包括以下步骤：

将代表所述两个区域每个中的GPS卫星的相应数量的值进行比较；和

确定初始位置位于具有比较结果中的较大值的区域的对面区域中。

3、根据权利要求2所述的方法，其中，对具有较大值的区域计算的GPS卫星的相应数量至少是3。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，计算GPS卫星的相应数量的步骤包括以下步骤：

参照地图数据库，所述地图数据库包含被划分为所述两个区域的区；

计算道路相对于正北的顺时针道路角以及每个GPS卫星相对于正北的顺时针角；

使用所计算的道路角来设置每个区域的范围；

确定所计算的每个GPS卫星的相对于正北的顺时针角是否包括在给定区域的范围内；和

如果所计算的相应GPS卫星的相对于正北的顺时针角包括在给定区域的范围内，则确定所述GPS卫星位于所述给定区域中。

5、根据权利要求4所述的方法，其中，所述两个区域之一具有由大于所述道路角并小于所述道路角+180度的角度所限定的范围。

6、根据权利要求4所述的方法，其中，确定所计算的每个GPS卫星的相对于正北的顺时针角是否包括在给定区域的范围内的步骤包括：确定所计算的每个GPS卫星的相对于正北的顺时针角是否大于所计算的道路角并小于道路角+180度。

7、根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

使用水平精度因子来估计位置误差；

确定所估计的位置误差的值是否超过道路中心线和人行道之间的距离；和

如果所估计的位置误差超过道路中心线和人行道之间的距离，则测量接收的GPS信号的强度。

8、根据权利要求7所述的方法，其中，基于存储在地图数据库中的道路的车道的数量来计算道路中心线和人行道之间的距离。

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