CN101674358A - 一种三维空间定位移动通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种三维空间定位移动通信装置，该装置包括：空间位置信息采集单元，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的平面位置信息和空间高度信息；方向信息采集单元，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的方向信息；无线通信单元，用于将所述的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出。用以采集该移动通信装置在现实环境中的平面位置信息、方向信息及高度信息。

Description

一种三维空间定位移动通信装置

技术领域

本发明关于移动通信终端技术，特别是关于用于定位的移动通信终端，具体的讲是一种三维空间定位移动通信装置。

背景技术

在现有技术中，可对自身当前位置进行定位的移动通信终端，如GPS导航设备、GPS手机等，通常只能采集自身的平面位置信息，而不能采集当前的方向信息和所处三维空间中的高度信息；也有些移动通信终端可以采集自身的方向信息但是无法采集自身的平面位置信息和所处三维空间中的高度信息。例如，GPS手机在进行定位时，便无法区分终端所处的空间高度，如果手持GPS手机的用户处于立交桥上，则GPS手机只能采集到该用户的平面位置信息，而无法采集到用户处于立交桥上还是立交桥下的高度信息。

发明内容

本发明实施例提供了一种三维空间定位移动通信装置，用以采集该移动通信装置在现实环境中的平面位置信息、方向信息及高度信息。

根据本发明的目的是，提供一种三维空间定位移动通信装置，该装置包括：空间位置信息采集单元，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的平面位置信息和空间高度信息；方向信息采集单元，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的方向信息；无线通信单元，用于将所述的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出。

本发明实施例能够实施获取三维空间定位移动通信装置在现实环境中的平面位置信息、空间高度信息和方向信息，并将获取的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出，以用于导航、空间位置映射等三维空间计算机模拟系统，以及需要空间位置信息支持的通信系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的三维空间定位移动通信装置的结构框图；

图2为本发明的三维空间定位移动通信装置的应用示意图；

图3A至图3D为本发明的三维空间定位移动通信装置的方向示意图；

图4为本发明实施例一的三维空间定位手机的结构框图；

图5为本发明实施例一的三维空间定位手机的电路图；

图6为本发明实施例一的三维空间定位手机的软件构成示意图；

图7为本发明实施例二的三维空间定位手机的电路图；

图8为本发明实施例二的三维空间定位手机的软件构成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的三维空间定位移动通信装置100包括：空间位置信息采集单元101，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的平面位置信息和空间高度信息；方向信息采集单元102，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的方向信息；无线通信单元103，用于将采集的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出。

如图2所示，三维空间定位移动通信装置200可以与运营服务器201无线连接，三维空间定位移动通信装置200将采集的平面位置信息、空间高度信息和方向信息以无线方式输出给所述的运营服务器201。运营服务器201根据获取的空间位置信息，用以和运营服务器201交互三维空间定位移动通信装置200自身的空间位置及装置200特定面当前的指向方向。

实现于导航、空间位置映射等三维空间计算机模拟业务，以及需要空间位置信息支持的通信业务。

如图3A所示，三维空间定位移动通信装置可以是手机，三维空间定位移动通信装置的方向是指手机的某一特定面的指向方向。例如，可以定义图3A中的终端侧面所指向的x方向为手机方向、或终端正面所指向的y方向为手机方向、或终端顶面所指向的z方向为手机方向。

如图3B所示，三维空间定位移动通信装置方向可以是终端在二维平面中所指向的x方向或y方向或z方向。

如图3C所示，三维空间定位移动通信装置方向可以是终端在三维空间中所指向的x方向或y方向或z方向。

三维空间中的方向用欧拉角表示方法为(yaw，pitch，roll)。pitch、yaw、roll分别描述绕三个坐标轴的旋转角度(0～360)。这三个角度称为欧拉角。绕X轴旋转的角称为倾斜角(pitch)，绕Y轴旋转的角称为翻滚角(head或yaw)，绕Z轴旋转的角称为摇摆角(roll)。

以左手坐标系为例，如图3A，初始时，终端(手机)的旋转轴(x，y，z)与坐标轴(X，Y，Z)重合，终端先绕y轴旋转一个角度yaw，如图3B，然后绕x轴旋转一个角度picth，如图3C，最后在绕z轴旋转一个角度roll，如图3D。此时终端在三维空间中的方向用欧拉角表示为(yaw，pitch，roll)。

实施例一

如图4所示，本实施例的三维空间定位移动通信装置可以用手机的形式实现。该三维空间定位手机包括：射频单元、基带电路、中央处理器、键盘、LCD显示屏、FLASH、RAM、SIM以及三轴电子罗盘传感器、三轴加速度传感器。利用三轴电子罗盘实时采集方向信息，利用三轴加速度传感器实时采集平面位置信息和空间高度信息。

1)利用三轴加速度传感器(运动传感器)获取位置信息的方法是：

初始状态时，三轴加速度传感器的位置为s(0)，速度为v(0)。

在t时刻，三轴加速度传感器的速度为：

$v\left(t\right)=v\left(0\right)+{\∫}_0^{t}a\left(t\right)*\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中a(t)是三轴加速度传感器的加速度，它是一个随着时间变化，并由三轴加速度传感器不断采集到的值；那么在t时刻传感器的位移为：

$s\left(t\right)=s\left(0\right)+{\∫}_0^{t}v\left(t\right)*\mathrm{dt}=s\left(0\right)+{\∫}_0^t(v\left(0\right)+{\∫}_0^{t}a\left(t\right)*\mathrm{dt})*\mathrm{dt}---\left(2\right)$

公式中的s、v、a为三维矢量。s的三个分量为(x，y，z)，即当前传感器在三维空间中的位置信息。

2)利用三轴电子罗盘传感器获取方向信息的方法是：

从电子罗盘传感器中取出来的是三个磁通分量，三个磁通分量可以转换成欧拉角表示的角度值(yaw，pitch，roll)。

如图5所示，是集成了三轴电子罗盘传感器和三轴加速度传感器的三维空间定位手机的主要硬件原理图。(所示的芯片型号仅用作示例，并不仅限于这些型号)图5中P87LPC769是一种低功耗低成本，内置IIC总线控制器的微控制器，HMC5843是三轴数字罗盘集成电路芯片，LIS3LV02DQ是一个微电子机械系统，是一个三轴的数字输出的线性加速度计芯片。主控制芯片(P87LPC769)通过IIC总线与两个传感器芯片相连，构成主从结构的系统；传感器芯片将感应到的结果放在各自的寄存器里，并在一定的时钟周期内传到总线上，主控芯片通过时序的控制，定期的在总线上读取相应的传感器数值，以作进一步处理。

如图6所示，为集成了三轴电子罗盘传感器和三轴加速度传感器手机的软件构架，其中：终端软件为应用层软件，操作系统配置传感器接口API，传感器驱动软件(三轴电子罗盘传感器驱动模块和三轴加速度传感器驱动模块)位于设备驱动层，三轴电子罗盘传感器模块和三轴加速度传感器模块位于硬件层。

应用上述原理，三轴加速度传感器驱动程序对三轴加速度传感器取样周期为50ms，即每50ms测量一次加速度，然后根据以前累积下来的速度v(0)(三个方向上的速度)和s(0)(三个方向上的位移)，计算出前1ms的位移s(1)和终点速度v(1)，因此当前的位移s＝s(0)+s(1)。重复此过程就可以得到任意时刻终端的三维空间位置信息(x，y，z)。

三轴加速度传感器驱动程序实时存储上次计算得到的终端在三维空间中的位置信息，应用层软件可以通过接口API实时获取驱动程序存储的此位置信息(x，y，z)。

应用层软件通过接口API采集方向信息时，三轴电子罗盘传感器驱动程序从电子罗盘传感器中取出三个磁通分量，并将三个磁通分量转换成在三维空间中欧拉角表示的角度值(yaw，pitch，roll)，将结果返回给应用层软件。

本发明实施例能够实施获取三维空间定位移动通信装置在现实环境中的平面位置信息、空间高度信息和方向信息，并将获取的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出，用以和远端交互终端自身的空间位置及终端特定面当前的指向方向。

实施例二

如图7所示，本实施例的三维空间定位移动通信装置可以用手机的形式实现。该三维空间定位手机包括：射频单元、基带电路、中央处理器、键盘、LCD显示屏、FLASH、RAM、SIM以及三轴电子罗盘传感器、三轴加速度传感器和GPS模块。利用三轴电子罗盘实时采集方向信息，利用三轴加速度传感器实时采集平面位置信息和空间高度信息，利用GPS模块对获取的平面位置信息和空间高度信息进行校正。

如图8所示，为集成了三轴电子罗盘传感器、三轴加速度传感器和GPS模块的手机的软件构架，其中：终端软件为应用层软件，操作系统配置传感器接口API，传感器驱动软件(三轴电子罗盘传感器驱动模块和三轴加速度传感器驱动模块)位于设备驱动层，三轴电子罗盘传感器模块、三轴加速度传感器模块和GPS模块位于硬件层。

应用上述原理，三轴加速度传感器驱动程序对三轴加速度传感器取样周期为50ms，即每50ms测量一次加速度，然后根据以前累积下来的速度v(0)(三个方向上的速度)和s(0)(三个方向上的位移)，计算出前1ms的位移s(1)和终点速度v(1)，因此当前的位移s＝s(0)+s(1)。重复此过程就可以得到任意时刻终端的三维空间位置信息(x，y，z)。此外，由于速度和位移总是累加的，这就存在累加误差，所以可以用GPS模块或Wi-Fi定位模块等其它定位方式，进行经常性的校正。

三轴加速度传感器驱动程序实时存储上次计算得到的终端在三维空间中的位置信息，应用层软件可以通过接口API实时获取驱动程序存储的此位置信息(x，y，z)。

应用层软件通过接口API采集方向信息时，三轴电子罗盘传感器驱动程序从电子罗盘传感器中取出三个磁通分量，并将三个磁通分量转换成在三维空间中欧拉角表示的角度值(yaw，pitch，roll)，将结果返回给应用层软件。

本发明实施例能够实施获取三维空间定位移动通信装置在现实环境中的平面位置信息、空间高度信息和方向信息，并采用GPS模块或Wi-Fi定位模块等其它定位方式对得到的平面位置信息和空间高度信息进行经常性的校正。将校正后的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出，用以和远端交互终端自身的空间位置及终端特定面当前的指向方向。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种三维空间定位移动通信装置，其特征是，所述的装置包括：

空间位置信息采集单元，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的平面位置信息和空间高度信息；

方向信息采集单元，用于采集所述移动通信装置在现实环境中的方向信息；

无线通信单元，用于将所述的平面位置信息、空间高度信息和方向信息无线输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的空间位置信息采集单元包括：三轴加速度传感器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的装置包括：三轴加速度传感器驱动单元，用于根据所述三轴加速度传感器测量的加速度，得到任意时刻所述移动通信装置的空间位置信息。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是，所述的装置包括：空间位置信息校正单元，用于对所述三轴加速度传感器驱动单元得到的空间位置信息进行校正，并将校正后的空间位置信息传送给所述的无线通信单元。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的空间位置信息校正单元包括：GPS模块或Wi-Fi定位模块。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的方向信息采集单元包括：三轴电子罗盘传感器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的装置包括：三轴电子罗盘传感器驱动模块，用于根据所述三轴电子罗盘传感器测量的三个磁通分量得到任意时刻所述移动通信装置的方向信息。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的无线通信单元包括：手机模块。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的装置包括：显示屏和键盘。

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