CN101339241A - 整合型定位装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种整合型定位装置，其包含一处理模块、一卫星定位模块、一惯性定位模块、一传输接口及一切换模块。处理模块用以执行一导航程式，卫星定位模块用以提供一卫星定位信息，惯性定位模块用以产生一惯性定位信息，传输接口连结处理模块，切换模块连结传输接口，并接收处理模块所发出之一控制讯号，以选择性切换为一第一状态或一第二状态，切换模块于第一状态时，使传输接口连结卫星定位模块，以传输卫星定位信息至处理模块，切换模块于第二状态时，使传输接口连结惯性定位模块，以传输惯性定位信息至处理模块。
Description
技术领域
本发明为提供一种整合型定位装置，特别是一种透过切换模块整合惯性定位模块及卫星定位模块之整合型定位装置。
背景技术
全球卫星定位系统，简称GPS，是由美国发展的一套精确卫星导航定位计划。此全球卫星定位系统共具有26颗人造卫星分布在6个轨道上运转，每个轨道间互呈55度角，使得全球卫星定位系统的使用者在地球上的任何时、地，若无地形或建物设施遮蔽，皆不受天候的影响，而可接收到4～8颗卫星的讯号而加以定位。利用此一太空时代的科技，任何人都可轻易地得到正确的位置、速度及时间。
GPS发展计划是由美国国防部主持，再加上运输部参与，并将此技术转移至民间使用，应用在导航定位、精密测量、姿态及标准时间等相关作业上。GPS是结合卫星及无线技术之导航系统，能提供有使用者精确定位、速度及时间。GPS的应用已广泛存在于目前市场，随着卫星科技的进步，许多GPS技术及商机亦正迅速地发展，GPS早期局限于军事单位，其目的针对军事用途，例如战机、船舰、车辆、人员、攻击标的物的精确度定位等。时至今日，GPS已开放给民间做为定位使用，这项结合太空卫星与通讯技术的科技，在民间市场已蓬勃的展开，除了能提供精确的定位之外，对于速度、时间、方向及距离亦能准确的提供信息，运用的范围相当广泛，GPS的确充满着无限的商机。
但是目前的GPS系统仅能单纯的知道位置，而无法确切的知道方向，其主要是根据侦测载具的二点之位移来判定载具的方向，于是当载具低速行驶或停止时，便会造成对于载具行进的方向或所面对的方向之误判，而影响导航系统地图显示的正确性，此外，在现今都市化大楼林立的环境中，或是郊外树木林立的小道里，有许多的障碍物影响着GPS讯号的接收，当GPS讯号微弱时，会造成导航系统地图上的导航目标消失，或是断断续续的出现，若是持续较久的一段时间，更会造成导航系统的正确性产生问题，而影响使用者使用上的便利性。
为改善上述所提出的GPS系统使用上的缺点，本发明人基于多年从事研究与诸多实务经验，经多方研究设计与专题探讨，遂于本发明提出一种整合型定位装置及其实施方法，以作为前述期望一实现方式与依据。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明之目的为提供一种整合型定位装置，特别是一种透过切换模块整合惯性定位模块及卫星定位模块之整合型定位装置。
缘是，为达上述目的，依本发明之整合型定位装置，适用于一载具，其至少包含一处理模块、一卫星定位模块、一惯性定位模块、一传输接口及一切换模块。处理模块用以执行一导航程式，卫星定位模块用以提供一卫星定位信息，惯性定位模块包含一感测一位置向量及一旋转角度之惯性感测组件及一量测一方向信息之磁测量仪，并根据位置向量、旋转角度及方向信息，产生一惯性定位信息，传输接口连结处理模块，切换模块连结传输接口，并接收处理模块所发出之一控制讯号，以选择性切换为一第一状态或一第二状态，切换模块于第一状态时，使传输接口连结卫星定位模块，以传输卫星定位信息至处理模块提供导航程式进行导航，切换模块于第二状态时，使传输接口连结惯性定位模块，以传输惯性定位信息至处理模块提供导航程式进行导航。
承上所述，因依本发明之整合型定位装置，卫星定位模块及惯性定位模块作一整合，透过硬件切换电路，只需占用一组异步式串行接口，即可操作卫星定位模块及惯性定位模块，以便在卫星讯号中断、讯号微弱或载具低速行驶时，由卫星定位模块切换为惯性定位模块来提供定位信息。
附图说明
图1显示本发明之整合型定位装置之方块图；
图2显示本发明之整合型定位装置之较佳实施例之方块图；
图3显示本发明之整合型定位装置之另一方块图；
图4显示本发明之整合型定位装置之实施方法之步骤流程图；
图5显示本发明之整合型定位装置之实施方法之较佳实施例步骤流程图；以及
图6显示本发明之整合型定位装置之实施方法之另一较佳实施例步骤流程图。
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例之整合型定位装置及其实施方法，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。
请参阅图1，显示本发明之整合型定位装置之方块图，其适用于一载具，至少包含一处理模块11、一卫星定位模块14、一惯性定位模块15、一传输接口12及一切换模块13。处理模块11用以执行一导航程式16，卫星定位模块14用以提供一卫星定位信息141，惯性定位模块15包含一感测一位置向量及一旋转角度之惯性感测组件152及一量测一方向信息之磁测量仪153，并根据位置向量、旋转角度及方向信息，产生一惯性定位信息151，传输接口12连结处理模块11，切换模块13连结传输接口12，并接收处理模块11所发出之一控制讯号111，以选择性切换为一第一状态131或一第二状态132，切换模块13于第一状态131时，使传输接口12连结卫星定位模块14，以传输卫星定位信息141至处理模块11提供导航程式16进行导航，切换模块13于第二状态132时，使传输接口12连结惯性定位模块15，以传输惯性定位信息151至处理模块11提供导航程式16进行导航。
其中，上述卫星定位模块为一全球定位系统模块(Global PositioningSystem，GPS)，上述惯性定位模块为一惯性导航系统(Inertial NavigationSystem，INS)，上述惯性感测组件包含一加速仪(Accelerometer)及一陀螺仪(Gyroscope)，加速仪用以量测载具之位置向量，陀螺仪用以量测载具之旋转角度，上述磁测量仪为一电子罗盘，上述传输接口为一异步式串行接口(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)，上述控制讯号由处理模块之通用输出输入(general-purpose I/O port，GPIO)所产生。
请参阅图2，显示本发明之整合型定位装置之较佳实施例之方块图，其适用于一载具，至少包含一中央处理器21、一异步式串行接口22、一切换电路23、一全球定位系统模块24、一电子罗盘25、一加速仪26及一陀螺仪27。中央处理器21用以执行导航程式，全球定位系统模块24用以提供卫星定位信息141，加速仪26用以感测载具之加速度向量，经过一次积分后可得载具之速度向量，再由二次积分可得位置向量261，陀螺仪27用以量测载具旋转的角速度，经过一次积分可得载具的旋转角度271，电子罗盘25用以感测方向信息251，并整合加速仪26和陀螺仪27之讯号，输出一惯性定位信息151。异步式串行接口22用以连结中央处理器21，切换电路23连结异步式串行接口22，并接收中央处理器21之通用输出输入所发出之一控制讯号，以选择性地切换为一第一状态或一第二状态，切换电路23于第一状态时，使异步式串行接口22连结全球定位系统模块24，以传输卫星定位信息141至中央处理器21，切换电路23于第二状态时，使异步式串行接口22连结电子罗盘25，以传输惯性定位信息151至中央处理器21。
请参阅图3，显示本发明之整合型定位装置之另一方块图，其适用于一载具，至少包含一卫星定位模块14、一惯性定位模块15、一切换模块13及一处理模块11。卫星定位模块14用以提供一卫星定位信息141，惯性定位模块15包含一感测一位置向量及一旋转角度之惯性感测组件152及一量测一方向信息之磁测量仪153，并根据位置向量、旋转角度及方向信息，产生一惯性定位信息151，切换模块13接收一控制讯号111，以选择性切换为一第一状态131或一第二状态132，切换模块13于第一状态131时，连结卫星定位模块14，以传输卫星定位信息141，并于第二状态132时，连结惯性定位模块15，以传输惯性定位信息151，处理模块11用以执行一导航程式16，并发出一控制讯号111，控制切换模块13之状态切换，以传输卫星定位信息141或惯性定位信息151至处理模块11提供导航程式16进行导航。其中，当满足一预设条件31时，该处理模块11控制该切换模块13由该第一状态131切换至该第二状态132。
上述控制讯号由处理模块之通用输出输入所产生，上述预设条件为卫星定位模块所接收之卫星讯号强度低于一默认值或讯号中断、或者是载具前进速度低于一默认值或停止。
请参阅图4，显示本发明之整合型定位装置之实施方法之步骤流程图，此整合型定位装置适用于一载具，其步骤如后：
步骤S41：透过处理模块启动导航程式；
步骤S42：开启传输接口；
步骤S43：初始化卫星定位模块；
步骤S44：根据处理模块所发出之一控制讯号，驱动一切换模块切换至第一状态，使传输接口连结卫星定位模块，并传输一卫星定位信息至处理模块以提供导航程式进行导航；以及
步骤S45：当满足一预设条件时，则透过控制讯号，驱动切换模块切换至第二状态，使传输接口连结惯性定位模块，并传输惯性定位信息至处理模块以提供导航程式进行导航。
其中，上述预设条件为卫星定位模块所接收之卫星讯号强度低于一默认值或讯号中断、或者是载具前进速度低于一默认值或停止，上述卫星定位模块为一全球定位系统模块，上述惯性定位模块为一惯性导航系统，上述传输接口为一异步式串行接口，上述控制讯号由处理模块之通用输出输入所产生。
请参阅图5，显示本发明之整合型定位装置之实施方法之较佳实施例步骤流程图，此整合型定位装置适用于一载具，其步骤如后：
步骤S51：透过中央处理器启动导航程式；
步骤S52：开启异步式串行接口；
步骤S53：初始化全球定位系统模块；
步骤S54：中央处理器之通用输出输入，发出一控制讯号，使切换电路切换至一第一状态，使异步式串行接口连结全球定位系统模块，以传输卫星定位信息至中央处理器提供导航程式进行导航；以及
步骤S55：当全球定位系统模块所接收之卫星讯号强度低于一默认值时，则透过控制讯号，使切换电路切换至一第二状态，并启动一惯性定位模块，使异步式串行接口连结惯性定位模块，以传输惯性定位信息至中央处理器提供导航程式进行导航。
请参阅图6，显示本发明之整合型定位装置之实施方法之另一较佳实施例步骤流程图，此整合型定位装置适用于一载具，其步骤如后：
步骤S61：透过中央处理器启动导航程式；
步骤S62：开启异步式串行接口；
步骤S63：初始化全球定位系统模块；
步骤S64：中央处理器之通用输出输入，发出一控制讯号，使切换电路切换至一第一状态，使异步式串行接口连结全球定位系统模块，以传输卫星定位信息至中央处理器提供导航程式进行导航；以及
步骤S65：当载具之前进速度低于一默认值时，则透过控制讯号，使切换电路切换至一第二状态，并启动一惯性定位模块，使异步式串行接口连结惯性定位模块，以传输惯性定位信息至中央处理器提供导航程式进行导航。
Claims (20)
1.一种整合型定位装置，适用于一载具，该整合型定位装置至少包含：
一处理模块，用以执行一导航程式；
一卫星定位模块，用以提供一卫星定位信息；
一惯性定位模块，包含一感测一位置向量及一旋转角度之惯性感测组件及一量测一方向信息之磁测量仪，并根据该位置向量、该旋转角度及该方向信息，产生一惯性定位信息；
一传输接口，连结该处理模块；以及
一切换模块，连结该传输接口，并接收该处理模块所发出之一控制讯号，以选择性切换为一第一状态或一第二状态，该切换模块于该第一状态时，使该传输接口连结该卫星定位模块，以传输该卫星定位信息至该处理模块提供该导航程式进行导航，该切换模块于该第二状态时，使该传输接口连结该惯性定位模块，以传输该惯性定位信息至该处理模块提供该导航程式进行导航。
2.如权利要求1所述之整合型定位装置，其特征是，该惯性感测组件包含一加速仪(Accelerometer)及一陀螺仪(Gyroscope)，该加速仪用以量测该载具之位置向量，该陀螺仪用以量测该载具之该旋转角度。
3.如权利要求1所述之整合型定位装置，其特征是，该磁测量仪为一电子罗盘。
4.如权利要求1所述之整合型定位装置，其特征是，该传输接口为一异步式串行接口(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)。
5.如权利要求1所述之整合型定位装置，其特征是，该控制讯号由该处理模块之通用输出输入(general-purpose I/O port，GPIO)所产生。
6.一种整合型定位装置，适用于一载具，该整合型定位装置至少包含：
一卫星定位模块，用以提供一卫星定位信息；
一惯性定位模块，包含一感测一位置向量及一旋转角度之惯性感测组件及一量测一方向信息之磁测量仪，并根据该位置向量、该旋转角度及该方向信息，产生一惯性定位信息；
一切换模块，接收一控制讯号，以选择性切换为一第一状态或一第二状态，该切换模块于该第一状态时，连结该卫星定位模块，以传输该卫星定位信息，并于该第二状态时，连结该惯性定位模块，以传输该惯性定位信息；以及
一处理模块，用以执行一导航程式，并发出一控制讯号，控制该切换模块之状态切换，以传输该卫星定位信息或该惯性定位信息至该处理模块，提供该导航程式进行导航；
其中，当满足一预设条件时，该处理模块控制该切换模块由该第一状态切换至该第二状态。
7.如权利要求6所述之整合型定位装置，其特征是，该预设条件为该卫星定位模块所接收之卫星讯号强度低于一默认值。
8.如权利要求6所述之整合型定位装置，其特征是，该预设条件为该卫星定位模块所接收之卫星讯号中断。
9.如权利要求6所述之整合型定位装置，其特征是，该预设条件为该载具前进速度低于一默认值。
10.如权利要求6所述之整合型定位装置，其特征是，该预设条件为该载具停止。
11.如权利要求6所述之整合型定位装置，其特征是，该预设条件为该导航程式之地图分辨率被放大超过一默认值。
12.如权利要求6所述之整合型定位装置，其特征是，该控制讯号由该处理模块之通用输出输入所产生。
13.一种整合型定位装置之实施方法，适用于一载具，该实施方法至少包含：
透过一处理模块启动一导航程式；
开启一传输接口；
初始化卫星定位模块；
根据该处理模块所发出之一控制讯号，驱动一切换模块切换至一第一状态，使该传输接口连结该卫星定位模块，并传输一卫星定位信息至该处理模块以提供该导航程式进行导航；以及
当满足一预设条件时，则透过该控制讯号，驱动该切换模块切换至一第二状态，使该传输接口连结该惯性定位模块，并传输一惯性定位信息至该处理模块，以提供该导航程式进行导航。
14.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该预设条件为该卫星定位模块所接收之卫星讯号强度低于一默认值。
15.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该预设条件为该卫星定位模块所接收之卫星讯号中断。
16.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该预设条件为该载具前进速度低于一默认值。
17.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该预设条件为该载具停止。
18.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该预设条件为该导航程式之地图分辨率被放大超过一默认值。
19.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该传输接口为一异步式串行接口。
20.如权利要求13所述之整合型定位装置之实施方法，其特征是，该控制讯号由该处理模块之通用输出输入所产生。
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