CN101629828B - 导航装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于导航装置及其定位方法。本发明的定位方法包含下列步骤：首先，接收卫星定位讯号；读取先前定位参数；读取先前锁路参数；以及根据先前定位参数以及先前锁路参数的至少一者，计算得出目前定位参数。

Description

导航装置及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种用于导航装置的定位方法。还涉及一种导航装置。

背景技术

由于导航装置可指引使用者依循正确道路行进，因此使用者可减少观看地图或随时注意路标的负担。然而，导航装置所依赖的GPS讯号却容易被建筑物和地形遮蔽，而导致在某些地域接收不良。尤其，当导航装置可见的卫星低于四颗或位在讯号极弱的区域时，导航装置便无法提供所需的定位信息。即使可接收到定位讯号，由GPS讯号所计算得出的定位值实际上会与实际的位置有一段差距，进而导致误判目前所在位置。

为了改善定位精确度，目前相关研究多针对差分定位(differential GPS，DGPS)、推算定位(dead reckoning，DR)、惯性导航系统(inertial navigationsystem，INS)及锁路(map matching，MMT)等方式着手。

其中，先前技术中的导航装置如何利用锁路功能来执行定位计算说明如下。如图1所示，导航装置1包含全球定位系统接收器(GPS receiver)10、计算单元12、第一储存媒体14、第二储存媒体16以及显示器18。GSP接收器10接收卫星定位讯号P1。第一储存媒体14用以储存先前定位参数P2(t-1)。第二储存媒体16用以储存地图数据P4。计算单元12根据卫星定位讯号P1及先前定位参数P2(t-1)，计算得出目前定位参数P2(t)。接着，计算单元12根据地图数据P4以及所计算的目前定位参数P2(t)，计算出目前锁路参数P3(t)。此时，显示器18就可显示地图(地图数据P4)以及计算单元12所计算的目前锁路参数P3(t)。

需注意的是，定位参数可称为PVT(position-velocity-time)，包含位置(position)信息、速率(velocity)信息以及时间偏移(time bias)信息。

锁路系透过地图数据P4以及目前定位参数P2(t)的比对，修正目前定位参数P2(t)至行驶道路上，而增进了定位精确度。然而，由于导航装置1的定位运算仍只参考已有偏差的先前定位参数P2(t-1)及卫星定位讯号P1，即使导航装置1可透过锁路运算来修正目前定位参数P2(t)，仍会因为引入参数的误差过大，致使导航装置1不容易修正目前定位参数P2(t)至正确的道路。此外，此次计算所得的目前定位参数P2(t)本来就有一些误差，又会于下一次的计算中当作先前定位参数P2(t-1)来引入，进而导致误差的累积。换言之，先前技术中的导航装置1引入的计算参数的不够精确且误差会随时间累积，而导致计算出的目前锁路参数P3(t)不容易位于正确的行驶道路上。

藉此，本发明提供一种导航装置及其定位方法，能增进定位精确度，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种定位方法，读入先前锁路参数于目前定位参数的计算中，以得到较为准确的定位值。另外，本发明还要解决的另一个技术问题是提供一种可以得到较为准确的定位置的导航装置。

为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

首先，本发明提供了一种定位方法，用于一导航装置，该方法包含下列步骤。首先，执行步骤(a)，储存先前定位参数与先前锁路参数。接着，执行步骤(b)，接收一卫星定位讯号。接着，执行步骤(c)，读取该先前定位参数(PVT)及该先前锁路(map-matching)参数。最后，执行步骤(d)，根据该先前定位参数以及该先前锁路参数的至少一者，并根据该卫星定位讯号，计算出一目前定位参数。

本发明另外还提供了一种导航装置，读入先前锁路参数于目前定位参数的计算中，以得到较为准确的定位值。

本发明的导航装置包含第一储存媒体、全球定位系统接收器以及计算单元。第一储存媒体存有一先前定位参数及一先前锁路参数。全球定位系统接收器用来接收一卫星定位讯号。计算单元耦接于该储存媒体以及该全球定位系统接收器。该计算单元读取该先前定位参数及该先前锁路参数，并根据该卫星定位讯号、该先前定位参数以及该先前锁路参数，计算出一目前定位参数。

根据先前技术，由于目前定位参数的计算需引入先前定位参数与卫星定位讯号，若先前定位参数或卫星定位讯号已偏离了实际定位值，则计算所得的目前定位参数势必更加偏离实际定位值(定位偏差累积)。综上所述，由于锁路参数是透过地图数据以及执行修正比对运算的结果，因此本发明引入了锁路参数，继而与先前定位参数及卫星定位讯号一起综合运算，进而可计算得出较为准确的目前定位参数。后续执行锁路运算时，也可得出较为准确的锁路参数，亦即较准确的定位值。此外，本发明是将此次时间点所计算得出的锁路参数，导入下一次时间点的计算流程中。藉此，导航装置可依据上个计算流程所得的锁路参数来逐渐修正计算，进而不会产生定位偏差累积的问题。

附图说明

图1是现有技术的导航装置的功能方块图。

图2-1是本发明一具体实施例的导航装置的功能方块图。

图2-2是图2-1中的导航装置的详细功能方块图。

图3是本发明一具体实施例的定位方法的流程图。

图4是图3中步骤S18的详细流程图。

图5是图4中步骤S187的详细流程图。

图6-1是对应图5中的步骤S1870的示意图。

图6-2是对应图5中的步骤S1872的示意图。

【主要组件符号说明】

1、3：导航装置

10、30：全球定位系统接收器

12、32：计算单元          14、34：第一储存媒体

16、36：第二储存媒体      18、38：显示器

P1：卫星定位讯号

P2(t-1)、P2’(t-1)：先前定位参数

P3(t-1)、P3’(t-1)：先前锁路参数

P2(t)、P2’(t)：目前定位参数

P3(t)、P3’(t)：目前锁路参数

P4：地图数据    P5：规划道路

C1：涵盖范围    C2：涵盖方向范围

A0：目前方向    A1~A4：道路切线方向

M0：目前位置    M1~M4：位置

R1~R4：道路        320：定位参数计算模块

322：锁路模块      324：规划道路模块

S08、S10~S13、S17、S18、S140~S144、S150、S160、S180~S187、S1870~S1878：步骤

具体实施方式

请参阅图2-1，图2-1系绘示根据本发明一具体实施例的导航装置3的功能方块图。如图2-1所示，导航装置3包含全球定位系统接收器30、计算单元32、第一储存媒体34、第二储存媒体36以及显示器38。本发明的导航装置3泛指具有导航功能的电子装置，例如GPS手机或可携式导航设备(portablenavigation device，PND)。然而，导航装置3可为单独的GPS接收器与具有处理数据能力的电子装置所组成(即GPS接收器为外接式)，例如蓝芽GPS接收器搭配具有蓝芽功能的手机。手机可执行存于储存媒体的导航软件，继而根据从蓝芽GPS接收器所传来的卫星定位讯号，以进行本发明的定位方法。

其中，GSP接收器30接收卫星定位讯号P1。第一储存媒体34用以储存先前定位参数P2’(t-1)及先前锁路参数P3’(t-1)。第二储存媒体36用以储存地图数据P4。计算单元32根据卫星定位讯号P1、先前定位参数P2’(t-1)以及先前锁路参数P3’(t-1)，计算得出目前定位参数P2’(t)。接着，计算单元32根据地图数据P4以及所计算的目前定位参数P2’(t)，计算出目前锁路参数P3’(t)，目前锁路参数P3’(t)包含目前定位值以及目前方向(azimuth)值。此时，显示器38就可显示地图(地图数据P4)以及计算单元32所计算的目前锁路参数P3’(t)。此外，若计算出的目前定位参数P2’(t)及目前锁路参数P3’(t)有效，则计算单元32可将目前定位参数P2’(t)及目前锁路参数P3’(t)回存到第一储存媒体34，以作为下一次进行定位计算时所需的先前定位参数P2’(t-1)及先前锁路参数P3’(t-1)。

相较于先前技术(如图1所示)，本发明计算目前定位参数P2’(t)时，参考了先前锁路参数P3’(t-1)，因此可修正计算得出较接近道路的目前定位参数。进而，参考目前定位参数P2’(t)而计算得出的目前锁路参数P3’(t)就能更接近正确的行驶道路，让定位计算结果更为准确。此外，每次计算所得的锁路参数都会被下次计算定位参数时所引入，进而能减少定位误差，也避免了误差的累积。

请参阅图2-2，图2-2系绘示图2-1中的导航装置3的详细功能方块图。如图2-2所示，计算单元32包含定位参数计算模块320以及锁路模块322。定位参数计算模块320耦接于第一储存媒体34及全球定位系统接收器30，用以根据卫星定位讯号P1、先前定位参数P2’(t-1)以及先前锁路参数P3’(t-1)，计算出目前定位参数P2’(t)。锁路模块322耦接于第二储存媒体36及定位参数计算模块320，用来根据目前定位参数P2’(t)以及地图资料P4来计算出目前锁路参数P3’(t)。

此外，计算单元32还可包含道路规划模块324，耦接于第二储存媒体36及锁路模块322。道路规划模块324根据使用者的设定(出发地、目的地及路径规划需求)及地图数据P4产生规划道路P5。若使用者设定导航装置3规划道路，则锁路模块322就可更依据规划道路P5来计算出目前锁路参数P3’(t)。

为了清楚了解本发明的导航装置3所使用的定位方法，请参阅图3。图3系绘示根据本发明一具体实施例的定位方法的流程图。

导航装置3所用的定位方法，主要可分为两个步骤。首先，计算单元32计算出一目前定位参数P2’(t)。接着，将目前定位参数P2’(t)代入锁路算法，以求得目前锁路参数P3’(t)。当然，导航装置3的显示器38即可显示出目前锁路参数P3’(t)中的目前定位值以及目前方向值。

该目前定位参数的计算依据不同状况而有不同的计算方法。计算方式分为三种：第一，根据先前定位参数、锁路参数及卫星定位讯号来计算目前定位参数；第二，根据先前定位参数及卫星定位讯号来计算目前定位参数；第三，根据卫星定位讯号来计算目前定位参数。然而，这些计算方法皆有各自的先决条件，先决条件成立后才会执行后续计算。请参阅图3，本发明的计算目前定位参数方法包含下列步骤。

首先，执行步骤S08，储存先前定位参数与先前锁路参数。

接着，执行步骤S10，接收卫星定位讯号。

接着，执行步骤S11，读取先前定位参数(上一个时间点的计算流程中所得的定位参数)。

接着，执行步骤S12，判断先前定位参数是否有效。实际上，根据一方均根(Root-Mean-Square，RMS)限制及一接收机自主完善性监测(ReceiverAutonomous Integrity Monitoring，RAIM)检查，判断该先前定位参数是否有效。

若先前定位参数无效，则执行步骤S160，根据卫星定位讯号，计算得出目前定位参数，也就是上述第三种计算目前定位参数的方法。实际上系根据该卫星定位讯号且透过最小平方法(least square method)，计算得出目前定位参数。

若先前定位参数有效，则执行步骤S13，判断先前锁路参数是否存在，其中先前锁路参数系上一个时间点的计算流程中所得的锁路参数。若先前锁路参数不存在(absent)，则执行步骤S 150，根据先前定位参数以及卫星定位讯号，计算出目前定位参数，也就是上述第二种计算目前定位参数的方法。

于步骤S13中，若判断先前锁路参数存在，则执行步骤S140，读取先前锁路参数。接着，执行步骤S142，根据先前定位参数、先前锁路参数以及卫星定位讯号，计算出目前定位参数，也就是上述第一种计算目前定位参数的方法。实际上系根据卫星定位讯号、先前定位参数的先前速率值及先前时间偏移值，以及先前锁路参数的先前锁路位置值及先前锁路方向值，透过卡尔曼滤波法(Kalman filter)计算出目前定位参数。

执行上述第二种及第三种计算目前定位参数的方法后(执行步骤S150或是步骤S160之后)，接着执行步骤S17，判断该目前定位参数是否有效。等同于上述内容中提及的判断先前定位参数是否有效的计算方式，根据RMS限制及RAIM检查来判断目前定位参数是否有效。若该目前定位参数无效，则回到步骤S10，重新另一个计算流程，直到所计算得出的目前定位参数为有效的，才能进行锁路运算。若该目前定位参数有效，则执行步骤S18，根据地图资料以及目前定位参数，选择性地计算出目前锁路参数，亦即进行锁路运算。

此外，执行上述第一种计算目前定位参数的方法后(执行步骤S142之后)，接着执行步骤S144，判断该目前定位参数是否有效。若该目前定位参数无效，则回到步骤S150，后续步骤不再赘述。若该目前定位参数有效，则执行步骤S18，根据地图资料以及目前定位参数，选择性地计算出目前锁路参数，亦即进行锁路运算。

上述介绍了定位方法中关于目前定位参数的计算流程。接下来，为了计算出目前锁路参数，也就是计算出最终定位结果，还需将目前定位参数代入锁路运算中。以下说明中，将详细介绍锁路运算的流程，亦即步骤S18的详细流程，如图4所示。图4系绘示图3中步骤S18的详细流程图。

于锁路运算中，首先，执行步骤S180，判断目前定位参数的目前速率值是否大于一预定速率。若判断结果为否，亦即目前速率值太慢，则不计算出目前锁路参数。于下一个时间点所进行的定位方法，就无法参考先前锁路参数。

于步骤S180中，若判断目前定位参数的目前速率值大于一预定速率，则执行步骤S181，以目前位置及一预定半径来定义出涵盖范围；接着执行S182，根据涵盖范围自地图资料中挑选出复数个道路。该等道路会纳入接下来的权重计算，考虑该等道路与目前位置的距离，该等道路方向与目前方向的差异，差距越小，表示目前位置越可能锁定至该道路上。

接着执行S183，判断是否存在规划道路，也就是判断导航装置1是否有依使用者的设定进行路径规划。若有，则将会存在有规划道路。若判断结果为否，则执行步骤S186，以目前方向值及第二角度值来定义出涵盖方向范围。

若于步骤S183中判断规划道路存在，则执行步骤S184，逐一判断该等道路是否为该规划道路。若判断结果为否，则回到步骤S186；若判断结果为是，则执行步骤S185，以目前方向值及第一角度值来定义出涵盖方向范围，并将目前位置与该规划道路的距离减去一预定长度。一般情况下，使用者会驾驶车辆依循导航装置所提供的该规划道路行进。为了使目前位置尽量锁定至规划道路上，所以将目前位置与该规划道路的距离减去一预定长度，并加大目前方向的容错范围，使得在接下来的权重计算中，规划道路能多占优势。因此，于步骤S185及S186，第一角度值系大于第二角度值。

于步骤S185或步骤S186之中，已找出目前位置与该等道路的距离及涵盖方向范围。接着执行步骤S187，根据目前位置与该等道路的距离、该涵盖方向范围及该等道路的道路方向，计算该目前锁路参数，于此完成了锁路运算。

于锁路运算中，如何根据目前位置与该等道路的距离、该涵盖方向范围及该等道路的道路方向，来计算得出该目前锁路参数的详细流程，请参阅图5、图6-1及图6-2。图5系绘示图4中步骤S187的详细流程图。图6-1系绘示对应图5中的步骤S1870的示意图。图6-2系绘示对应图5中的步骤S1872的示意图。

于步骤S182中，已根据涵盖范围C1自地图资料中挑选出复数个道路，例如图6-1中所示的道路R1、R2、R3及R4。

首先，执行步骤S1870，依据该等道路与目前位置值的各别的最短距离，将该等道路各别标定第一权重。如图6-1所示，亦即依据目前位置M0与分别位于该等道路上的位置M1、M2、M3以及M4的距离，将道路R1、R2、R3及R4各别标定第一权重，例如距离愈短的给予愈高的权重。假设道路R3为规划道路。虽然于此例子中，位置M1与目前位置M0的距离最短，使道路R1起初具有最高的第一权重；但在步骤S185中，位置M0与位置M3的距离已被减去一预定长度，也就是说位置M0至位置M3的距离会减少，使得道路R3可获得较高的第一权重。有可能因减去该预定长度后，使得道路R3具有较道路R1更高的第一权重。

接着，执行步骤S1872，判断步骤S1870所找出的这些位置(M1~M4)上的道路切线方向(A1~A4)是否位于涵盖方向范围C2内，并根据道路切线方向(A1~A4)与目前方向A0的差距，将该等道路(R1~R4)各别标定一第二权重。如图6-2所示，道路R1于M1点的道路切线方向为A1，道路R2于M2点的道路切线方向为A2，道路R3于M3点的道路切线方向为A3，道路R4于M4点的道路切线方向为A4。将涵盖方向范围C2与这些道路切线方向相比对，由于道路切线方向A2及A4皆未在涵盖方向范围C2内，因此排除道路R1及R4(例如设定其第二权重为零)。接着，根据道路切线方向A1以及道路切线方向A3分别与目前方向A0的差距，将道路R1及道路R3分别标定第二权重。在此例子中，如图6-2所示，道路切线方向A1与目前方向A0所指示的方向较接近，道路R1会被给予较高的第二权重。

接着，执行步骤S1874，根据该等第一权重及该等第二权重，从该等道路中寻找出权重最高的道路。将该第一权重与该第二权重综合考虑，将道路R1、R2、R3及R4排序，并找出权重最高的道路。

接着执行步骤S1876，判断是否有两条以上的道路具有最高权重。若判断结果为是，则结束锁路运算，换言之，宁可不在两个道路之间作出选择，以免锁路到错误的道路。若判断结果为否，亦即找出了权重最高的道路，就可接着执行步骤S1878，修正目前位置至权重最高的道路上。并以修正后的位置值作为目前锁路参数的目前锁路位置值，以道路的方向值作为目前锁路参数的目前锁路方向值，于此完成了锁路运算。如图6-2所示，假设道路R1具有最高的权重，因此目前位置可修正至位置M1。亦即，目前锁路位置值修正至位置M1的经纬度，目前锁路方向值修正至道路R1于位置M1上的道路切线方向A1。

先前技术中，由于目前定位参数的计算需引入先前定位参数与卫星定位讯号，若先前定位参数或卫星定位讯号已偏离了实际定位值，则计算所得的目前定位参数势必更加偏离实际定位值(定位偏差累积)。综上所述，由于锁路参数系透过地图数据以及执行修正比对运算的结果，因此本发明引入了锁路参数，继而与先前定位参数及卫星定位讯号一起综合运算，进而可计算得出较为准确的目前定位参数。后续执行锁路运算时，也可得出较为准确的锁路参数，亦即较准确的定位值。此外，本发明系将此次时间点所计算得出的锁路参数，导入下一次时间点的计算流程中，藉此，导航装置可依据上个计算流程所得的锁路参数来逐渐修正计算，进而不会产生定位偏差累积的问题。

藉由以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (9)

1.一种定位方法，用于一导航装置，其特征在于，它包含下列步骤：

(a)储存一先前定位参数与一先前锁路参数；

(b)接收一卫星定位讯号；

(c)读取该先前定位参数与该先前锁路参数；以及

(d)根据该卫星定位讯号、该先前定位参数的一先前速率值及一先前时间偏移值以及该先前锁路参数的一先前锁路位置值及一先前锁路方向值，计算出一目前定位参数；

(e)根据一地图资料以及所计算出的该目前定位参数,选择性地计算出一目前锁路参数；以及

(f)将该目前定位参数和该目前锁路参数回存以作为下一次进行定位计算时所需的下一次先前定位参数和下一次先前锁路参数。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，其中步骤(c)进一步包含下列步骤：

(c1)判断该先前定位参数是否有效；

其中，若该先前定位参数判断为无效，则进行以下步骤：

(g)根据该导航装置所接收的该卫星定位讯号，计算出一初始定位参数。

3.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，其中步骤(c)进一步包含下列步骤：

(c2)判断该先前锁路参数是否存在；

其中，若该先前锁路参数不存在，则该步骤(d)根据该先前定位参数以及该卫星定位讯号，计算出该目前定位参数。

4.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，更包含有：

(h)判断该目前定位参数是否有效；

其中，若该目前定位参数判断为无效，则该步骤(d)根据该先前定位参数以及该卫星定位讯号，计算出该目前定位参数。

5.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，其中若该目前定位参数的一目前速率值小于一预定速率，则停止执行步骤(e)。

6.一种导航装置，其特征在于，它包含：

一第一储存媒体，存有一先前定位参数及一先前锁路参数；

一接收器，用来接收一卫星定位讯号；以及

一计算单元，耦接于该第一储存媒体以及该接收器，该计算单元读取该先前定位参数及该先前锁路参数，并根据该卫星定位讯号、该先前定位参数的一先前速率值及一先前时间偏移值，以及该先前锁路参数的一先前锁路位置值及一先前锁路方向值，计算出一目前定位参数；

一第二储存媒体，用来储存一地图资料，藉以由该计算单元根据该地图资料以及该目前定位参数，选择性地计算出该目前锁路参数；并且，

该计算单元可将该目前定位参数和该目前锁路参数回存到所述第一储存媒体作为下一次进行定位计算时所需的下一次先前定位参数和下一次先前锁路参数。

7.如权利要求6所述的导航装置，其特征在于，其中该计算单元包含有：

一定位参数计算模块，耦接于该第一储存媒体及该接收器，用以根据该卫星定位讯号、该先前定位参数以及该先前锁路参数，计算出该目前定位参数；以及

一锁路模块，耦接于该第二储存媒体及该定位参数计算模块，用来根据该目前定位参数以及该地图资料来计算出该目前锁路参数。

8.如权利要求7所述的导航装置，其特征在于，其中该计算单元更包含有：

一道路规划模块，耦接于该第二储存媒体及该锁路模块，用以产生一规划道路；

其中该锁路模块更依据该规划道路来计算出该目前锁路参数。

9.如权利要求6所述的导航装置，其特征在于，其中若该先前定位参数无效，则该计算单元根据该卫星定位讯号且透过一最小平方法，计算出一初始定位参数。

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