CN101379367B

CN101379367B - 用于确定移动装置的海拔高度的方法和设备

Info

Publication number: CN101379367B
Application number: CN200780005006.6A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·G·沃尔夫
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: WO2007109618A2; EP1999431B1; US8712713B2; WO2007109618A3; RU2008141278A; BRPI0708990B1; US20070218823A1; CN101379367A; CA2636406A1; JP2009530647A; JP5096453B2; BRPI0708990A2; KR20080102195A; EP1999431A2; CA2636406C; KR101061756B1; RU2401417C2

Abstract

一种用于组合来自压力传感器的压力信息、来自航位推算或其它运动传感器(例如加速度计、陀螺仪和地磁传感器)的运动信息和来自温度传感器的温度信息，以从环境压力或温度改变中分离海拔高度改变的方法和设备。所测量的不具有任何运动的压力改变或温度改变必须是与天气相关的气压改变。如果存在相关联的温度改变但没有运动，且改变的速率对于正常天气改变来说太快，那么所测量的改变表示所述压力传感器的灵敏度随温度的改变，并可调整所述传感器校准。与水平运动相关联但没有可测量的垂直运动的快速压力改变表示进入到不同压力环境中的移动。只有与可测量的垂直运动相关联的压力改变是真实的海拔高度改变。

Description

用于确定移动装置的海拔高度的方法和设备

根据35U.S.C§119主张优先权

本专利申请案主张2006年3月20日提出申请的名称为“移动装置中改进的海拔高度确定”的临时申请案第80/784,609号的优先权，所述临时申请案已让与给其受让人且在此以引用的方式明确地并入本文中。

技术领域

本发明涉及移动装置且更特定而言涉及一种用于精确地确定移动装置的海拔高度的方法和设备。

背景技术

定位确定是蜂窝式电话和其它手持移动装置的重要且增长的特征。确定位置的最普遍的方法是将全球定位系统(GPS)导航接收机能力嵌入移动装置中。然而，基于GPS的定位具有限制。GPS系统不能精确地解析海拔高度，在某些较大且更复杂的装置中，GPS系统已增添了基于气压的高度计。此提供海拔高度精确性方面的显著改进。然而，气压高度计响应于压力改变以及海拔高度改变。当有人进入或离开气候控制房间和建筑物或经历其它环境压力改变时，可欺骗高度计。本发明最小化环境压力改变对海拔高度确定的影响。

需要确定移动装置(例如蜂窝式电话)的位置的能力以用于紧急呼叫和用于通常称为基于位置的服务的各种商务目的。基于GPS的定位确定基于确定信号从GPS卫星移动的距离，因此在户内环境和可阻挡、扭曲或反射卫星信号的其它位置中不是很精确。另外，由于卫星通常处在天空中的高处，因此基于GPS的定位在海拔高度方面不如在水平定位方面精确。此就是为什么在过去将基于压力的高度计添加到更复杂的GPS系统的原因。然而，由于成本和大小的原因并未在低成本消费者移动装置中实施高度计的添加。使用所述现有技术解决方案存在几个其它的限制。

局部大气压可由于三种原因而改变-真实大气压的改变(天气相关的气压改变)、环境的改变(进入其中通风系统维持较高或较低压力的建筑物中)和海拔高度的改变。分离所述其它影响以确定真实的海拔高度改变是困难的。另外，低成本大气压传感器的灵敏度随着其温度而变化，因此可将温度的改变误解为海拔高度的改变。

需要所述问题的解决方案，其将能够实现在移动装置中使用大气压传感器。

发明内容

本方法和设备最小化环境压力改变和温度改变对海拔高度确定的影响。其它方法和设备还没有解决所述问题且认为其是基于压力的高度计的限制。所述方法和设备在本文中由将压力信息与来自航位推算传感器(例如加速度计、陀螺仪和地磁传感器)的信息和来自温度传感器的信息组合以从环境压力或温度的改变中分离什么构成海拔高度改变组成。

最简单的实施方案由使用运动传感器来确认装置是否静止组成。如果静止，那么所测量压力的任何改变必须是环境的改变而不是海拔高度的改变，且因此应该用来重新校准所述高度计。此允许系统自动地针对海拔高度测量最小化气压(天气)和温度改变。更复杂的实施方案包含将不具有相关联垂直运动的快速压力改变解释为从一个环境移动到另一个(例如进入加压的建筑物中)的算法，并针对压力改变重新校准高度计。类似地，当检测到垂直加速度时，可将垂直加速度速率与压力改变速率作比较，且可对所报告的海拔高度作出适当的调整。

本发明的目标是考虑到环境改变来精确地确定移动装置的海拔高度。

本发明的优点是本发明是一种确定正发生何种类型的环境改变且将其从实际海拔高度改变中分离的简单并廉价的方法。本发明改进用作海拔高度传感器的低成本压力传感器的有效性。

本发明的其它目标、优点和新颖特征及适用性的进一步范围将部分地结合附图在随后详细说明中阐述，且部分地在所属领域的技术人员检查下文之后将变得明了或可通过实践本发明来学习。本发明的目标和优点可依靠在随附权利要求书中所特别指出的工具及组合来实现和达成。

附图说明

并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图图解说明本发明的几个实施例，并与本说明一起用于阐释本发明的原理。图式仅用于图解说明本发明的优选实施例的目的且并不认为是限制本发明。图式中：

图1是绘示优选实施例的组件的框图。

图2是显示确定典型便携式装置的实际海拔高度改变所涉及的步骤的流程图。

具体实施方式

如本文中所使用，“移动装置”指例如蜂窝式电话、其它无线通信装置、膝上型计算机或其它移动定位装置的装置。

在任何既定位置处，取决于天气条件(低压力系统对高压力系统)，大气压通常变化高达2％。局部大气压也随着海拔高度以指数方式变化。靠近地球表面，标高h₀约为9km。对于在参考位置以上的高度h，压力由下式给出；

p = p_{0} \times e^{- h / h_{0}}

其中p₀是参考位置处的大气压。假设大气压是常数，则压力传感器可用来准确地确定海拔高度的改变。由于其它因素影响压力，因此此不能直接应用。例如，±2％的天气相关的压力变化等于±182m的海拔高度改变。明显地，不能单独使用压力传感器来将海拔高度解析到如在识别中所需要的1m的分辨率，例如带有移动装置的人在建筑物的哪一楼层上。

为了进一步使事情复杂，建筑物或建筑物内的房间可维持在相对于外面或其它房间稍微负的或正的压力，以管理污染物的流动或管理加热和冷却。例如，压力稍微正的房间如果存在开口或漏洞，将总有空气从其流出。此将防止外面的灰尘通过开口进入。此技术普遍用于生产中使用的无尘室中。反过来，例如其中使用危害烟或生物危害物的密闭房间通常维持在比其周围稍微低的压力，以便即使发生泄漏，空气流入，也保持危害物含于房间中。除了所述专门应用，在建筑物内使用压力差来维持经加热或冷却的空气沿计划方向流动以优化建筑物中的温度控制。建筑物中升高的压力还用来在门开着的时候防止灰尘、烟雾、或冷空气进入建筑物。所述特意的压力差通常约为标准大气压的0.05％，其等效于4.4m的海拔高度改变。此比天气相关的改变小得多，但与典型建筑物楼层的3m高度相比还是显著的。

在低成本压力传感器中，换算因数(伏特/大气)也可随着传感器温度改变而变化高达1％。此可添加90m的额外等效高度变化。因此，在不补偿所述因数的情况下，不可能使用压力传感器以接近1m的分辨率来测量海拔高度。

使用压力传感器作为高度计追溯到至少航空早期，但所述技术总是依靠已知地平面的当前大气压情况且然后手工补偿所测量的地平面的压力与标准压力之间的差。其它高度计(例如徒步旅行者使用的高度计)依靠使用者在每逢处于已知位置时将海拔高度设置回正确值。此临时补偿天气诱发的局部压力改变。高度计通常主张大约30到100m的精确度，且在户外使用，因此来自温度和环境压力的外界影响不显著。当前不存在经设计以解析户内海拔高度且达到小于3m的分辨率的产品，因此户内压力的问题还没有得到解决。

本发明提供一种用于针对来自压力传感器的读数的改变来辨别各种来源并隔离真正对应于海拔高度改变的所述改变的方法。使用来自其它传感器的信息来隔离所测量压力改变的来源，如图1中所示。图1显示移动装置中含有的典型系统。典型系统的组件由处理器10组成，其用于收集并处理来自各种传感器的数据。处理器10可以是专用处理器或共享处理器；所述二者在所述技术中众所周知。传感器包含一个或一个以上压力传感器12、一个或一个以上温度传感器14和一个或一个以上运动传感器16。另外，需要存储器组件18来存储传感器数据以确定预定环境在一时间周期内的改变。同样此组件可以是专用或共享组件。

图2是显示进入实际海拔高度改变确定的逻辑的流程图。如本文中所使用，短语“实际海拔高度”指比从一个或一个以上压力传感器的初步测量获得的海拔高度更精确的海拔高度测量。过程的第一步是确定是否测量到压力改变20。如果压力没有改变22，那么系统默认确定海拔高度尚未改变且重复所述过程直到检测到压力改变。如果检测到压力改变24，那么作出运动传感器是否测量到移动装置的移动26的确定。如果运动传感器检测到移动28，那么下一步骤是确定移动是否沿垂直方向30。如果移动含有垂直分量32，那么将压力改变视为海拔高度改变34且过程结束36。如果运动感测器未检测到任何垂直移动56，那么认为压力改变是到不同环境的移动58且过程在未改变海拔高度的情况下结束36。

如果运动传感器未检测到移动38，那么处理器确定温度传感器是否检测到温度改变40。如果不存在温度改变42，那么认为压力改变24是天气条件的改变44且过程结束36。由于温度改变本身是不确定的，因此提供额外的保护。如果存在温度改变46，那么作出温度改变速率是否对应于压力改变速率的确定48。如果所述改变速率不对应50，那么认为压力改变24是天气条件的改变44且过程结束36。例如，如果已知温度每改变1度压力传感器的读数改变0.1％，且温度传感器报告在10分钟内发生10°的温度改变，那么压力读数因所述温度改变而应在10分钟内改变大约1％。如果压力改变速率不是大约等于温度改变应该诱发的改变速率，那么压力改变是由于除温度之外的其它原因所致。

如果温度的改变速率对应于压力的改变速率52，那么将压力改变视为温度改变并相应地校准传感器54且过程结束36。

所述算法可通过并入额外的改变速率信息而进一步细化。例如，天气改变通常相当慢，在几小时期间展示逐渐改变且然后稳定在新值处。穿过门进入建筑物或经加压的房间中将在几秒钟之内发生，因此压力对时间曲线将由两个不同的常数值组成，其中所述两个不同的常数值之间的突然转变在几秒钟之内。类似地，测量沿垂直方向的运动的加速度计将展示特定的加速度对时间的曲线。此对于正在爬楼梯、乘自动扶梯或电梯或开车上山的人来说将是不同的。但是在每一情形下，从压力获得的海拔高度应展示与时间的对应曲线。他们越对应，一个人期望从压力获得的海拔高度将越精确。本发明还可用于具有内在温度补偿的高度计，因此消除对温度传感器的需要。可仍使用运动传感器来细化基于压力的海拔高度测量。

取决于应用，本文中所描述的方法可通过各种方式实施。例如，所述方法可在硬件、固件、软件或其组合中实施。对于硬件实施方案来说，各处理单元可实施于一个或一个以上专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、其它经设计用于执行本文中所述功能的电子单元、或其组合内。

对于固件和/或软件实施方案来说，可使用执行本文中所述功能的模块(例如，程序、功能等等)来执行所述方法。可使用明确体现指令的任何机器可读媒体来实施本文中所描述的方法。例如，软件代码可存储在存储器(例如移动装置的存储器)中，且由处理器或微处理器来执行。可在处理器内或处理器外部实施存储器。如本文中所使用，术语“存储器”指长期、短期、易失性、非易失性或其它存储器中的任一类型且并不限于任一特定类型的存储器或存储器的数目或存储器存储于其上的媒体的类型。

尽管全文中引用GPS导航系统，但定位能力并不限于所述特定方法。移动装置可从来自以下系统的导航系统卫星接收信号以在确定定位位置中使用：伽利略(将在未来实施)、GLONASS、NAVSTAR、GNSS、使用来自所述系统的组合的卫星的系统或任一未来卫星定位系统(“SPS”)。如在本文中所使用，也可将SPS理解为包含伪卫星系统。辅助GPS技术也普遍用来确定移动装置定位。此外，卫星定位系统可单独使用或与地面定位系统和方法组合使用。

尽管已特定参考所述优选实施例描述了本发明，但其它实施例可达到同样的结果。本发明的变化形式和修改对所属领域的技术人员是显而易见的，且计划将所有所述修改和等效物涵盖于随附权利要求书中。以上引用的所有参考、申请案、专利和公开案的整个揭示内容以引用方式并入本文中。

Claims

1.一种确定移动装置的实际海拔高度的方法，所述移动装置的初步海拔高度已由高度计确定，所述方法包括以下步骤：

确定所述移动装置已发生压力改变；

确定运动传感器是否已检测到所述移动装置的移动；

如果所述运动传感器已检测到所述移动装置的移动，则判断所述移动是否是垂直移动；

基于确定所述垂直移动已随同所确定的压力改变一起发生，将先前确定的初步海拔高度调整为所述实际海拔高度，而如果经确定所述移动不是垂直移动，则不调整所述实际海拔高度。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

如果未检测到移动，则确定是否检测到温度改变。

3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括存储来自至少一个环境传感器的数据及确定所述至少一个环境传感器数据在预定时间周期内的改变的步骤。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述确定所述至少一个环境传感器数据在预定时间周期内的改变的步骤包括使温度改变与压力改变速率对应。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述确定所述至少一个环境传感器数据在预定时间周期内的改变的步骤包括使所测量的垂直移动与压力改变速率对应。

6.如权利要求3所述的方法，其进一步包括存储预定传感器数据曲线的步骤。

7.一种用于确定移动装置的实际海拔高度的系统，初步海拔高度已由高度计测量，所述系统包括：

压力传感器，其设置于所述移动装置上，所述压力传感器确定是否已发生压力改变；

运动传感器，其设置于所述移动装置上，所述运动传感器确定所述移动装置是否已发生垂直移动；

处理器，其基于所述运动传感器确定垂直移动已随同由所述压力传感器确定的压力改变一起发生，将先前确定的初步海拔高度调整为所述实际海拔高度，否则不调整所述实际海拔高度。

8.如权利要求7所述的系统，其进一步包括温度传感器。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述运动传感器选自由加速度计、陀螺仪和地磁传感器组成的群组。

10.如权利要求7所述的系统，其进一步包括用于存储海拔高度数据和传感器数据的存储器。

11.一种确定移动装置的实际海拔高度的方法，所述移动装置的初步海拔高度已由高度计确定，所述方法包括以下步骤：

通过压力传感器检测压力改变，所述压力传感器设置于所述移动装置上；

通过设置于所述移动装置上的运动传感器检测垂直移动改变，所述运动传感器用于检测所述移动装置的移动并确定检测到的所述移动装置的移动是否是垂直移动；

基于所述运动传感器确定垂直移动已随同由所述压力传感器确定的压力改变一起发生，将先前确定的初步海拔高度调整为所述实际海拔高度，而如果经确定所述移动不是垂直移动，则不调整所述实际海拔高度；

如果所述运动传感器未能检测到所述移动装置的移动，则通过温度传感器检测温度改变；

基于由所述压力传感器检测到的压力改变的速率是否对应于由所述温度传感器检测到的温度改变的速率来调整所述压力传感器的校准。

12.如权利要求11所述的方法，其进一步包括存储来自所述运动传感器、所述温度传感器和所述压力传感器的数据及确定传感器数据在预定时间周期内的改变的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述确定所述传感器数据在预定时间周期内的改变的步骤包括使温度改变与压力改变速率对应。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述确定所述传感器数据在预定时间周期内的改变的步骤包括使所测量的垂直移动与压力改变速率对应。

15.如权利要求11所述的方法，其进一步包括将所述所检测的压力改变、所检测的垂直移动改变和所检测的温度改变与所存储的曲线作比较的步骤。