CN103257355B - 用于电子设备中位置定位的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子设备的定位方法和装置，电子设备包括全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位系统(GPS)，并包括惯性导航系统(INS)，定位方法包括：经由GNSS接收卫星信号；基于卫星信号确定电子设备的位置；基于所确定的电子设备的位置，使用卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，来确定由GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性；使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别；以及通过根据所确定的INS的操作级别操作INS，来补偿电子设备的位置。

Description

用于电子设备中位置定位的方法和装置
技术领域
本发明大体上涉及位置定位。更具体地，本发明涉及一种在将全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位系统(GPS)与惯性导航系统(INS)相组合的定位系统中高效地控制传感器的操作和功率的方法和装置。
背景技术
根据近来移动通信技术的发展，已经开发了位置定位技术来提供基于用户定位的新服务。使用位置信息的服务一般称为基于位置服务(LBS)。
常规的位置信息获取方法典型地包括利用全球导航卫星系统(GNSS)的定位方法，以及/或者组合了GNSS和惯性导航系统(INS)的定位方法。
GNSS通过测量接收的卫星信号的时间差，基于卫星与接收机之间的距离来估计位置。存在的问题是由于在阴影区域(例如，在建筑物中，在街边高大的树木下，在隧道中和在室内)中信号被遮断，所以GNSS可能无法测量位置。为避免这一问题，特别是在GNSS无法测量位置的这些情况下，INS基于GNSS进行操作。
INS使用惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪和高度计)和附加的传感器(例如地磁传感器)来分析运动对象的运动分量和状态信息，以估计相对位置信息。即，INS通过测量对象的加速度和角速度并在时间上对它们进行连续积分，来确定对象相对于已知起始点的位置、速率(speed)和方向。这里，相对位置信息指示基于起始点，通过在时间上对速率积分而测量的对象的当前位置。
组合了GNSS和INS的常规系统通过将来自GNSS的相对位置信息和来自INS的位置信息进行充分组合，来增强总体位置检测或扩展测距。
然而，即使当从GNSS提供的位置信息精确到足以抵消与INS信息的组合时，组合了GNSS和INS的系统也连续地操作INS，从而不必要地消耗例如便携式终端等移动设备的功率并降低了总体系统性能。
例如，在室外环境中，例如在用户周围无建筑物或树木等较高物体的高速路上，由于GPS卫星信号不会受到干扰或多径效应，所以可以精确地解调GPS位置。因此，在这种情况下，仅GNSS自身就能够实现精确的位置估计。然而，组合了GNSS和INS的定位系统不会考虑到这种情况，仍然对GNSS和INS进行整合。
发明内容
为解决GNSS和INS的常规组合的上述缺点，本发明一个示例方面提供了一种在组合了GNSS和INS的定位系统中根据GNSS的位置和卫星信息的可靠性来控制INS的方法和装置。
本发明的另一示例方面提供了一种在组合了GNSS和INS的定位系统中通过高效控制用于INS的传感器器件来降低不必要功耗的方法和装置。
本发明的再一示例方面提供了一种在便携式终端中通过根据GNSS的位置和卫星信息的可靠性控制INS，来降低功耗的方法和装置，该便携式终端包括组合了GNSS和INS的定位装置。
本发明的又一示例方面提供了一种按照以前未知的方式来使用组合了GNSS和INS的定位系统进行基于位置服务(LBS)的方法和装置。
根据本发明另一示例方面，一种电子设备的定位方法，所述电子设备包括全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位系统(GPS)，并包括惯性导航系统(INS)，所述定位方法包括：经由GNSS接收卫星信号；基于卫星信号确定电子设备的位置；基于所确定的电子设备的位置，使用卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，来确定由GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性；使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别；以及通过根据所确定的INS的操作级别操作INS，来补偿电子设备的位置。
根据本发明再一示例方面，一种定位装置，包括GNSS或GPS、以及INS，所述GNSS用于接收卫星信号并基于卫星信号确定电子设备的位置，所述定位装置包括：GNSS信息分析器，用于基于所确定的电子设备的位置，基于卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，确定由GNSS提供的位置信息的可靠性；INS组合确定器，用于使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别；以及传感器信息接收机，用于通过根据所确定的INS的操作级别操作INS，来补偿电子设备的位置。
根据本发明又一示例方面，一种电子设备，包括：GNSS或GPS；INS；一个或多个处理器；存储器；以及存储器中存储并由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序。程序包括用于如下操作的指令：经由GNSS接收卫星信号；基于卫星信号确定电子设备的位置；基于所确定的电子设备的位置，使用卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，来确定由GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性；使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别；以及通过根据所确定的INS的操作级别操作INS，来补偿电子设备的位置。
在本发明的示例实施例中，程序包括用于如下操作的指令：通过考虑卫星信息中可见卫星的数目、用于定位电子设备的卫星的数目、卫星信号接收强度以及卫星部署信息中的至少一个来确定第一可靠性；通过考虑位置信息中电子设备的速度(velocity)和速度变化来确定第二可靠性；通过考虑位置信息中电子设备的位置的误差信息来确定第三可靠性；通过考虑位置信息中电子设备的纬度、经度、高度、以及纬度、经度和高度的变化来确定第四可靠性；以及通过组合第一可靠性、第二可靠性、第三可靠性和第四可靠性中的至少一个来确定第五可靠性。
在本发明的示例实施例中，位置信息包括电子设备的纬度、经度、高度、运动方向和速率中的至少一个，并且卫星信息包括可见卫星的数目、用于定位的卫星列表、卫星信号接收强度、卫星部署信息、指示了卫星部署均匀性的精度减损(Dilution ofPrecision，DOP)信息、以及不确定度或精确度中的至少一个。
在本发明的示例实施例中，程序通过比较GNSS的位置信息的可靠性和至少一个阈值，来确定INS的对应操作级别。
在本发明的示例实施例中，基于INS的多个传感器的开启/关闭状态以及传感器的采样周期中的至少一个，将INS的操作级别划分为多个操作级别。
在本发明的示例实施例中，INS的操作级别包括用于关闭INS的传感器的第一级别；用于确定停止和运动的第二级别；用于确定旋转的第三级别；用于确定旋转角度的第四级别；以及用于基于INS确定位置信息的第五级别。
在本发明的示例实施例中，程序通过组合GNSS的第一位置数据和INS的第二位置数据来确定第三位置数据，并基于第三位置数据来确定电子设备的位置。
根据结合附图公开了本发明示例实施例的以下详细描述，本领域技术人员会更好理解本发明的其他示例方面、优点和显著特征。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本发明某些示例实施例的上述和其他示例方面、特征和优点将更加明显，附图中：
图1示出了根据本发明示例实施例的基于GNSS的位置信息的可靠性的INS操作级别；
图2是示出了根据本发明示例实施例，用于根据GNSS的位置信息的可靠性来控制INS的操作级别的方法的流程图；
图3示出了根据本发明示例实施例，用于根据GNSS的位置信息的可靠性来控制INS的电子设备的框图；
图4示出了根据本发明示例实施例对GNSS的位置信息的可靠性的确定；以及
图5示出了根据本发明示例实施例的定位装置的框图。
在所有附图中，类似附图标记理解为指示类似部分、组件和结构。
具体实施方式
提供了参照附图的以下描述来帮助本领域技术人员全面理解权利要求及其等同物定义的本发明示例实施例。以下描述包括多种特定细节来帮助本领域技术人员理解，但是这些特定细节应该视为仅仅是为了说明目的的示例，而不限制要求保护的发明的范围。因此，本领域技术人员会认识到可以在不背离本发明范围和精神的前提下对本文所述实施例进行多种改变和修改。此外，如果公知功能和结构的描述会导致本领域技术人员对本发明主题内容的理解不清楚，则为了清楚和简要目的省略对这些公知功能和结构的描述。
以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字母含义，而是发明人仅用于达到对本发明的清楚和一致理解。因此，本领域技术人员可以理解，本发明实施例的以下描述仅用于说明目的，而不是要限制由权利要求及其等同物限定的本发明。
此外，应该理解，除非文中明确指出，否则单数形式的“一”、“一种”和“该”还旨在包括复数形式。因此，例如，对于“一组件表面”的引述包括对于一个或多个这种表面的引述。
术语“实质上”的含义是不需要确切地达到所述特性、参数或值，而是在不妨碍特性要提供的效果的范围内可以出现偏离或变化，例如包括本领域技术人员熟知的容限、测量误差、测量精度限制和其他因素。
本发明示例实施例提供了一种在组合了全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)的定位系统中，根据GNSS的位置信息的可靠性来控制INS的操作级别的方法和装置。
下面，电子设备包括GNSS和INS，并通过组合GNSS和INS来测量位置。
图1示出了根据本发明示例实施例的基于GNSS的位置信息的可靠性来确定INS操作级别的场景。首先，假设当住在城外的用户前往城中心的办公室时，用户开车100沿如下路线行驶：外围高速道路(第一道路)→至城中心的地下隧道(第二道路)→多建筑物(built-up)区域的干道(第三道路)→办公室附近的辅道(第四道路)。
参照图1，利用第一道路区段110中可见卫星的数目、以及用于确定车辆100(或电子设备)的位置和速度微小变化的卫星的数目，电子设备的GNSS提供高质量的位置信息。因此，不使用INS来定位电子设备。换言之，由于在高速道路上从GNSS提供的位置信息的可靠性高，所以关闭INS的传感器操作级别(下面称为第一传感器操作级别115)。即，第一传感器操作级别115意味着关闭INS的所有传感器。
由于在第二道路区段120的隧道中未接收到全球定位系统(GPS)信号，所以从GNSS提供的位置信息的质量可靠性十分低(下面称为第二传感器操作级别125)。因此，在隧道中，INS工作于第二传感器操作级别125。第二传感器操作级别125意味着开启INS的所有传感器。即，电子设备不使用GNSS而仅使用INS来估计位置。备选地，可以使用在第二传感器操作级别125检测到的INS的传感器数据来校正GNSS的位置估计误差。
在第一道路和第四道路之间的第三道路区段130中，从GNSS提供的电子设备的位置信息的质量间歇性地较低。当车辆100在第三道路区段130上行驶时，GNSS的可靠性处于中等水平，并且仅有一些INS的传感器操作(下面称为第三传感器操作级别135)。即，第三传感器操作级别135意味着用于确定车辆100的停止或运动的传感器操作。
在第四道路区段140中，由于建筑物密集，所以从GNSS提供的位置信息的质量较低，当车辆100在第四道路区段140上行驶时从GNSS提供的位置信息的可靠性比第三道路区段130中从GNSS提供的位置信息的可靠性低，并且用于确定车辆100的大致旋转角度的传感器操作(下面称为第四传感器操作级别145)。即，第四传感器操作级别145意味着用于确定车辆100行驶时的大致旋转角度的传感器操作。
虽然图1中根据从GNSS提供的位置信息的可靠性将INS的操作级别划分为第一传感器操作级别115、第二传感器操作级别125、第三传感器操作级别135和第四传感器操作级别145，但是不限于此，操作级别可以划分为更多级别。
参照图3说明从GNSS提供的位置信息的可靠性确定。
图2是根据本发明示例实施例，用于根据GNSS的位置信息的可靠性来控制INS的操作级别的方法的流程图。然而，本领域技术人员应该理解在指出GNSS的任何位置，都可以使用GPS或一些其他卫星定位系统。
参照图2，在步骤200，定位系统经由GNSS接收卫星信号。
在步骤202，定位系统提取卫星信号中的卫星信息。卫星信息可以包括日期、时间、不确定度或精确度、精度减损(DOP)、当前可见卫星的数目、卫星信号接收强度、以及用于定位的卫星列表信息。DOP是指示卫星部署均匀性的信息，不确定度或精确度指示位置信息的误差范围。可见卫星指示在GPS接收机处接收到的卫星。在多种实施方式中，电子设备可以计算并获得一些卫星信息，例如可见卫星的数目、不确定度或精确度、以及DOP。
在步骤204，定位系统可以使用正常接收到的卫星信号的发射时间与到达时间之间的时间差来计算卫星与定位系统之间的距离，并使用三角测量来计算定位系统(或包括定位系统的电子设备)的位置(例如，纬度、经度和高度)。基于电子设备的位置，可以计算电子设备的速度。速度包括电子设备的方向和速率。下面，将电子设备的速度和位置称为位置信息。
接着在步骤206，定位系统基于接收的卫星信息和计算的位置信息，确定从GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性。
例如，为了确定从GNSS提供的位置信息的可靠性，定位系统通过跟踪电子设备的速率变化、电子设备的位置(纬度、经度和高度)变化、电子设备的方向变化以及误差水平信息(例如，不确定度或精确度、以及DOP)，并组合当前可见卫星的数目、卫星信号接收强度、以及用于定位的卫星列表信息，来确定从GNSS提供的位置信息的可靠性。
为此，可以通过考虑位置信息或卫星信息，或者考虑位置信息和卫星信息两者，来计算GNSS的可靠性。参照图3说明GNSS位置信息的可靠性计算。
接下来，定位系统将计算的可靠性与阈值(第一阈值＜第二阈值＜第三阈值＜第四阈值)相比较，并基于该比较来确定对应的INS操作级别。用于比较的阈值的数目与INS操作级别的数目有关。虽然图2中INS操作级别的数目是5，但是不限于此，INS操作级别可以再划分为5个或更多个操作级别。可以基于惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪和高度计)和附加传感器(例如地磁传感器)的采样周期和开启/关闭状态，将INS操作级别划分为第一到第五传感器操作级别。这里，第一传感器操作级别(或“传感器关闭”)指示由于GNSS的高可靠性而不使用INS，第二传感器操作级别(或“低范围”)只确定车辆的停止或运动，第三传感器操作级别(“中等范围”)确定行驶车辆是否转弯(大于30度或类似)，第四传感器操作级别(“高范围”)确定当车辆运动时大致的转弯角度(大约10度)，以及第五传感器操作级别(“全范围”)指示允许仅使用INS来进行精确定位的级别。例如，在第二传感器操作级别(低范围)中只有用于确定运动的传感器操作，在第三传感器操作级别(中等范围)中只有用于确定转弯的传感器操作，以及在第四传感器操作级别(高范围)中只有用于确定转弯角度的传感器操作。根据具体实施方式，可以通过将惯性传感器的开启/关闭模式与用于处理检测数据的采样周期模式相组合，来定义INS的多个操作级别。因此，可以控制惯性传感器的操作和功率。
在步骤208，当GNSS的位置信息可靠性大于第一传感器操作级别时，定位系统前进至步骤210。当可靠性小于第一阈值时，定位系统前进至步骤224。在步骤210，当可靠性与第二阈值相比并大于第二阈值时，定位系统前进至步骤212。当可靠性小于第二阈值时，定位系统前进至步骤222。在步骤212，当可靠性与第三阈值相比并大于第三阈值时，定位系统前进至步骤214。当可靠性小于第三阈值时，定位系统前进至步骤220。在步骤214，当可靠性与第四阈值相比并大于第四阈值时，定位系统前进至步骤216。当可靠性小于第四阈值时，定位系统前进至步骤218。
定位系统在步骤216选择第一传感器操作级别，在步骤218选择第二传感器操作级别，在步骤220选择第三传感器操作级别，在步骤222选择第四传感器操作级别，并在步骤224选择第五传感器操作级别。
在步骤226，定位系统根据对应的传感器操作级别，使用INS示出用于定位电子设备的数据(下面称为位置数据)。
继续参照图2，在步骤228，定位系统将GNSS的第一位置数据与INS的第二位置数据相组合。
在步骤230，定位系统使用GNSS的第一位置数据与INS的第二位置数据的组合数据来校正电子设备的位置。
例如，可以使用INS的第二位置数据来校正与GNSS的第一位置数据对应的电子设备位置，可以使用GNSS的第一位置数据来校正与INS的第二位置数据对应的电子设备位置，并且可以使用组合了第一位置数据和第二位置数据的第三位置数据来确定电子设备的位置。
接着，定位系统结束上述过程。
图3示出了根据本发明示例实施例对GNSS的位置和卫星信息的可靠性确定。
参照图3，通过根据与卫星信息有关的信息来分析当前卫星信息和位置信息的变化，并基于该分析将第一函数Func1()的输出值乘以权重a，分析位置信息的速率信息和速率变化并基于该分析将第二函数Func2()的输出值乘以权重b，分析位置信息的误差信息和误差变化并基于该分析将第三函数Func3()的输出值乘以权重c，分析位置信息的当前位置信息和信息变化并基于该分析将第四函数Func4()的输出值乘以权重d，以及将所有乘积相加，来确定GNSS提供的位置信息的可靠性。
例如，第一函数Func1()使用先前卫星信息和当前卫星信息来分析卫星信息，并利用卫星信息的变化。卫星信息包括可见卫星的数目和列表、来自卫星的卫星信号接收强度、卫星的部署信息(方位角和标高)、以及用于定位的卫星的数目和列表。简要描述卫星信息分析。在例如城外高速道路(例如，图1的第一道路区段110)等环境下，当前可见卫星的数目是10，用于定位的卫星的数目是6，每个卫星信号的接收强度超过35dB，以及卫星在空间上部署范围广。当将该卫星信息与先前卫星信息比较并且等于先前卫星信息时，分析结果值是90/100。相反，在高楼林立的城中心环境(例如图1的第二道路区段120)中，当前可见卫星的数目是4，用于定位的卫星的数目是3，每个卫星信号的接收强度在30dB以下，以及卫星在空间上部署范围窄。当将该卫星信息与先前卫星信息比较并且低于先前卫星信息时，分析结果值是20/100。当未接收到卫星信息时，分析结果值是0/100。
第二函数Func2()使用先前卫星信息和当前卫星信息来分析速度信息，并利用各个单独位置信息中的速度信息变化。速度信息包括速率信息和方向信息。由于GNSS的特性，在类似城外道路上车辆行驶等高速(例如，60Km/H)与类似城内严重交通堵塞中移动等慢速(例如，20Km/H)之间存在相对较大误差。因此，增大INS的作用。现在简要描述速度信息分析。在当前速率信息超过60Km/H并且与先前速度信息相比变化在10Km/H以内时，分析结果值是90/100。相反，在当前速率信息是大约20Km/H并且与先前速度信息相比变化较小时，分析结果值是20/100。当未接收到速度信息或者速率信息在5Km/H以下时，分析结果值是0/100。
第三函数Func3()使用先前位置信息和当前位置信息来分析误差信息，并利用各个单独位置信息中的误差信息变化。从GNSS提供的代表性误差信息包括指示了卫星部署的均匀性的DOP信息、以及不确定度或精确度。当DOP值小于2时位置信息相当好，当DOP值是2～3时位置信息良好，当DOP值是4～5时位置信息正常，当DOP值超过6时位置信息不可用。不确定度或精确度指示了位置信息的误差范围，并且是基于米来表示的。下面简要描述误差信息分析。在当前DOP值是3，不确定度或精确度是10m，并且当前误差信息等于先前误差信息时，分析结果值是90/100。相反，在当前DOP值是5，不确定度或精确度是大约30m，并且当前误差信息高于先前误差信息时，分析结果值是20/100。当未接收到误差信息或DOP值超过6时，分析结果值是0/100。
第四函数Func4()使用先前位置信息和当前位置信息来分析位置信息，并利用各个单独位置信息中的纬度、经度和高度变化。在用户的日常生活中，纬度、经度和高度变化(第一差分值)根据多种交通方式(例如飞机、车辆、轮船和步行)而改变，而纬度、经度和高度变化的改变(第二差分值)在接近0的范围内。下面简要描述位置信息分析。在当前纬度、经度和高度与先前纬度、经度和高度相比较，第二差分值在+/-5内时，分析结果值是90/100。相反，当第二差分值在+/-10内时，分析结果值是20/100。当未接收到纬度、经度和高度时，分析结果值是0/100。
根据系统，施加至每个函数的权重可以发生改变，并且可以通过反复试算对权重进行精细调整，以得到针对系统的最优值。
在上述可靠性确定的实施中，可以通过再划分位置信息和卫星信息的有关信息并向再划分的信息施加不同权重，来以多种方式定义用于计算可靠性的函数。
图4示出了根据本发明示例实施例的便携式电子设备。
便携式电子设备400典型的是例如便携式终端、移动电话、移动pad、媒体播放器、平板电脑、手持计算机或个人数字助理(PDA)等设备。便携式电子设备400可以组合有这些设备的两个或更多个功能。
便携式电子设备400优选地包括存储器410、处理器单元420、通信单元430、外部端口440、音频集成电路(IC)单元450、扬声器460、麦克风470、卫星信息接收机480和传感器模块490。可以采用多个存储器410和多个外部端口440。
这里，处理器单元420包括存储器控制器421、处理器或微处理器(中央处理单元，CPU)422和外围接口423。这里，可以配置一个或多个处理器来进行各种操作。通信单元430优选地包括基带处理器432和射频(RF)IC单元431。
配置元件经由一条或多条通信总线或信号线(未示出)彼此通信。
可以使用例如一个或多个IC等硬件、或者加载到处理器中并执行的软件、或者两者的组合来实现配置元件。
图4的便携式电子设备400是用于说明目的的示例，在所附权利要求的本发明精神和范围内本领域技术人员可以实施多种不同配置。便携式电子设备400可以比图中所示包括更多或更少的部件。便携式电子设备400的配置可以不同于图4所示。
下面说明便携式电子设备400的配置元件。
例如，存储器410优选地包括随机存取存储器、包括闪存的非易失性存储器、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、磁盘存储器件、紧致盘ROM(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)或其他光存储器件、以及/或者磁盒等。备选地，存储器410可以组合部分或所有这些记录介质。可以装备多个存储器。
便携式电子设备400还可以包括经由通信网络可访问的可拆卸存储器件，通信网络例如是互联网、内联网、局域网(LAN)、无线LAN(WLAN)或存储区网络(SAN)或这些网络的组合。存储器件可以经由外部端口440接入便携式电子设备400，外部端口440的非限制性示例可是迷你或微型USB、微型Firewire或其他类型的端口。在通信网络上的分离存储器件可以经由RF IC单元431接入便携式电子设备400。
存储区410存储软件。软件部件包括操作系统软件411、通信软件模块412、位置信息处理模块413、用户接口软件模块414、以及一个或多个应用软件415。这里，软件可以称为操作系统或通信模块。软件模块可以称为可执行指令集。
操作系统软件411(嵌入式操作系统，例如WINDOWS、LINUX、Darwin、RTXC、UNIX、OSX或VxWorks)包括用于控制一般系统操作的多种软件部件。一般系统控制指示了例如存储器管理和控制、存储软件(器件)控制和管理、以及功率控制和管理。操作系统软件411处理多种硬件器件和其他软件部件之间的正常通信。
通信软件模块412包括用于处理经由RF IC单元431或外部端口440的数据发送和接收的多种软件部件。
位置信息处理模块413包括用于根据GNSS的位置和卫星信息来控制INS的多种软件部件。例如，位置信息处理模块413包括配置为控制图2的定位装置的软件部件。
用户接口模块414包括与用户接口有关的多种软件部件。用户接口模块414涉及用户接口的状态变化和用户接口状态变化的条件。
应用软件415包括浏览器、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘模拟、地址簿、触摸列表、窗口小部件、支持JAVA的应用、编码、数字权限管理(DRM)、语音识别、语音再现、位置确定功能、基于位置服务和音乐播放器。
当例如处理器单元420的处理器422或外围接口423等其他元件经由存储器控制器421访问存储器410时，处理器422进行控制。处理器422执行存储器410中的软件模块。处理器422管理便携式电子设备400的总体控制功能。处理器422可以包括存储器控制器功能。在一些情况下，整个处理器单元420可以称为处理器。处理器422根据图1 GNSS的位置信息和卫星信息的可靠性来控制INS。
外部端口440指的是例如通用串行总线(USB)端口或FIREWIRE端口，但不限于此。外部端口440用于将便携式电子设备400与其他电子设备直接相连或通过网络(例如，以太网、互联网、内联网、和无线LAN等)间接相连。
继续参照图4，外围接口423在存储器控制器421的控制下将便携式电子设备400的输入/输出外围设备与处理器422和存储器410相连。便携式电子设备400可以包括多个处理器422。
处理器422通过在其中执行多种软件程序来执行便携式电子设备400的多种功能，并处理和控制语音通信和数据通信。除了这些典型功能之外，处理器422还可以执行存储到存储器410的特定软件模块(指令集)并执行与该模块对应的多种特定功能。
处理器422、外围接口423和存储器控制器421可以使用单个半导体芯片来实现。这里，该单芯片称为处理器单元420。这些配置元件可以实现为分离的半导体芯片，而不是单个半导体芯片。
此外，通信单元430优选地包括RF IC单元431和基带处理器432。RF IC单元431发送和接收无线电波。RF IC单元431将从基带处理器432馈送的基带信号转换为无线电波并经由天线(未示出)发送无线电波。RF IC单元431将经由天线接收的无线电波转换并提供给基带处理器431。RF IC单元431包括RF收发机、放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码(CODEC)芯片组、以及用户识别模块(SIM)卡，图中未示出这些部件。
此外，RF IC单元431使用无线电波与通信网络和其他通信设备进行通信。例如，RFIC单元431可以与互联网、内联网、网络、蜂窝电话网络、以及无线LAN或无线城域网(MAN)等无线网络通信。RF IC单元431可以使用无线通信与其他电子设备通信。
无线通信是指例如如下单独协议或者任意组合，但不限于此：时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、码分多址(CDMA)、宽带码分多址(W-CDMA)、正交频分多址(OFDMA)、蓝牙、近场通信(NFC)、红外通信、语音互联网协议(VoIP)、无线保真(Wi-Fi)、Wi-MAX、以及用于电子邮件、即时消息收发或短消息服务(SMS)的协议。
在该示例实施例中，RF IC单元431对经由天线(未示出)接收的RF信号进行频率转换并将转换后的信号提供给基带处理器432，以及对从基带处理器432输出的基带信号进行频率转换并经由天线发送转换后的信号。例如，在非限制性示例中，在根据CDMA进行发送时，基带处理器432对要发送的数据进行信道编码和扩频。在接收时，基带处理器432对接收信号进行解扩频和信道解码。然而，本领域技术人员可以理解要求保护的发明在针对发送的扩展频谱形式上不受限制。
音频IC单元450连同扬声器460和麦克风470一起提供用户与便携式电子设备400之间的音频接口。更具体地，音频IC单元450经由扬声器460和麦克风470与用户通信。音频IC单元450经由处理器单元420的外围接口423接收数据信号，并将接收的数据信号转换为电信号。将转换的电信号输出至扬声器460。扬声器460将电信号转换为用户可听的声波。麦克风470将从用户或其他声源馈送的声波转换为电信号。音频IC单元450从麦克风470接收转换的电信号。音频IC单元450将接收的电信号转换为音频数据信号，并将转换的音频数据信号发送给外围接口423。经由外围接口423将音频数据输出至存储器410或通信单元430。音频IC单元450可以包括可连接和可拆卸的耳机、头戴式耳机或头戴送受话器。头戴送受话器可以提供输出功能(单听筒或双听筒头戴式耳机)和输入功能。音频IC单元450可以包括插孔(未示出)，用于提供与耳机、头戴式耳机或头戴送受话器的接口。插孔可以称为耳机插孔或头戴送受话器插孔。
卫星信息接收机480通过经由GPS接收模块接收GPS卫星信号来定位用户，并经由外围接口423向处理器422提供结果。
传感器模块490通过惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪和高度计)以及附加传感器(例如地磁传感器)来检测信号，以获得加速度、速度和方向信息(简称为传感器数据)，并经由外围接口423向处理器422提供结果。
继续参照图4，便携式电子设备400优选地包括功率系统(未示出)，用于接收功率并向其元件提供功率。功率系统可以包括电源(AC电源或电池)、功率误差检测电路、功率转换器、功率逆变器和充电器和/或功率状态显示设备(发光二极管)。便携式电子设备400可以包括用于产生、管理和分发功率的功率管理和控制设备。
图5是根据本发明示例实施例的定位装置的示例框图。
参照图5，该示例实施例的定位装置优选地包括卫星信号接收机500、GNSS信息分析器502、INS组合确定器504、INS操作控制器506、组合器508和传感器信息接收机510。同样，也可以使用其他类型的基于卫星的定位技术，要求保护的发明不限于这里所示和所述的示例。
卫星信号接收机500接收包括卫星信息和位置信息的GPS信号并将GPS信号提供给GNSS信息分析器502。
GNSS信息分析器502通过对照先前位置信息和卫星信息，分析当前位置信息和卫星信息，来计算基于GNSS的位置信息的可靠性。通过进行这种计算，GNSS信息分析器502保持先前位置信息和卫星信息并跟踪它们的变化。用于计算基于GNSS的位置信息可靠性的位置信息可以包括当前速率信息和速率变化、位置(纬度、经度和高度)变化、运动方向变化、误差水平信息及其变化。用于计算基于GNSS的位置信息可靠性的卫星信息可以包括GNSS或GPS当前可见卫星的数目和变化、卫星信息接收强度和变化、以及用于定位的卫星列表信息。
INS组合确定器504通过评估GNSS信息分析器502计算的位置信息的可靠性，更具体地，通过比较可靠性和阈值，来确定传感器信息接收机510的操作级别。例如，传感器信息接收机510的操作级别划分为全/高/中等/低范围或关闭。
INS操作控制器506也根据INS组合确定器504确定的组合级别来控制传感器信息接收机510。例如，对于估计低可靠性，INS操作控制器506确定卫星信号接收机500的位置信息的精确度低，从而通过以全范围操作传感器信息接收机510，控制增大对估计的相对位置的依赖。“低可靠性”表示计算的可靠性低于阈值，并且在低可靠性环境下卫星信号接收机500的位置信息的精确度较低。类似地，INS操作控制器506可以按照多种操作级别进行操作。当估计高可靠性时，INS操作控制器506进行控制以使传感器信息接收机510不操作。
组合器508根据INS组合确定器504确定的组合级别，将卫星信号接收机500的位置信息和传感器信息接收机510估计的相对位置信息进行组合。
在INS操作控制器506的控制下，传感器信息接收机510使用惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪和高度计)以及附加传感器(例如地磁传感器)来检测信号，并通过获得加速度、速度和方向信息(简称为传感器数据)来确定相对位置信息。
如上所述，组合了GNSS和INS的定位系统可以通过高效地控制用于INS的传感器模块，来避免不必要的功耗并确保系统性能。表1通过具体示例示出了功耗的降低。仅使用陀螺仪来确定传感器模块的每种模式下的电流减小效果。
表1
表1示出了陀螺仪的多种操作模式下电流测量示例。当进一步考虑用于INS的其他传感器(加速度计、高度计和地磁传感器)时，可以预期到更大效果。
因此，本发明的优点在于，在考虑到基于GNSS可靠性的确定时，通过不连续操作INS或以降低的操作级别来操作INS，避免不必要的功耗并增强系统性能。
可以采用硬件、固件、或可以存储在诸如CD ROM、闪存、EPROM、EEPROM、RAM、软盘、缩略驱动、硬盘或磁光盘等记录介质中的软件或计算机代码、或经由网络下载的原始存储在远程记录介质或非瞬态机器可读介质中并下载到例如处理器或微处理器等硬件中的计算机代码，来实现根据本发明的上述方法。存储在非瞬态机器可读介质中的机器可执行代码可以存储在本地记录介质中，并使记载到通用计算机、或专用处理器、或诸如ASIC或FPGA等可编程或专用硬件中。如本领域技术人员所理解的，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括比如RAM、ROM、闪存等存储组件，这些存储组件可以存储或接收软件或计算机代码，当计算机、处理器或硬件访问和执行所述软件或计算机代码时，执行本文所描述的处理方法。此外，应该认识到，当通用计算机访问用于执行本文所示处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行本文所示处理的特殊目的计算机。此外，本领域技术人员可以理解“处理器”或“微处理器”构成要求保护的发明中的硬件。最后，要求保护的发明可以包括对含有多于一个服务器(例如代理服务器)的位置信息服务器的使用。
程序可以存储到经由通信网络可访问的电子设备的可连接存储设备中，通信网络例如是互联网、内联网、LAN、WLAN或SAN或者它们的组合。存储设备可以经由外部端口接入电子设备。
通信网络中的分离存储设备可以接入便携式电子设备。如上所述，组合了GNSS和INS的定位系统高效控制用于INS的传感器设备。因此，可以避免不必要的功耗并增强系统性能。
因此，本发明示例实施例提供了本申请任一权利要求所述的装置或方法以及存储这种程序的机器可读存储器件。
尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对本发明进行多种改变。例如，虽然这里利用的导航系统和定位系统是全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位系统(GPS)，但是要求保护的发明不限于特定卫星系统。

Claims (21)

1.一种电子设备的定位方法，所述电子设备包括全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS，并包括惯性导航系统INS，所述定位方法包括：
经由GNSS接收卫星信号；
基于卫星信号确定电子设备的位置；
基于所确定的电子设备的位置，使用卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，来确定由GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性；
使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别；以及
通过根据所确定的INS的操作级别操作INS来补偿电子设备的位置；
其中，所述补偿还包括：响应于检测到所述位置信息的可靠性降低，增大提供给所述INS的至少一个部件的功率的量。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其中确定由GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性包括：
通过考虑卫星信息中可见卫星的数目、用于定位电子设备的卫星的数目、卫星信号接收强度以及卫星部署信息中的至少一个来确定第一可靠性；
通过考虑位置信息中电子设备的速度和速度变化来确定第二可靠性；
通过考虑位置信息中电子设备的位置的误差信息来确定第三可靠性；
通过考虑位置信息中电子设备的纬度、经度、高度、以及纬度、经度和高度的变化来确定第四可靠性；以及
通过组合第一可靠性、第二可靠性、第三可靠性和第四可靠性中的至少一个来确定第五可靠性。
3.根据权利要求1所述的定位方法，其中位置信息包括电子设备的纬度、经度、高度、运动方向和速率中的至少一个，并且
卫星信息包括可见卫星的数目、用于定位的卫星列表、卫星信号接收强度、卫星部署信息、指示了卫星部署均匀性的精度减损DOP信息、以及不确定度或精确度中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的定位方法，其中确定INS的操作级别包括：
通过将GNSS的位置信息的可靠性和至少一个阈值进行比较来确定INS的对应操作级别。
5.根据权利要求1所述的定位方法，其中基于INS的多个传感器的开启/关闭状态以及传感器的采样周期中的至少一个，将INS的操作级别划分为多个操作级别。
6.根据权利要求1所述的定位方法，其中INS的操作级别包括：
用于关闭INS的传感器的第一级别；
用于确定停止和运动的第二级别；
用于确定旋转的第三级别；
用于确定旋转角度的第四级别；以及
用于基于INS确定位置信息的第五级别。
7.根据权利要求1所述的定位方法，其中通过根据所确定的INS的操作级别操作INS来补偿电子设备的位置包括：
通过组合GNSS的第一位置数据和INS的第二位置数据来确定第三位置数据；以及
基于第三位置数据来确定电子设备的位置。
8.一种定位装置，包括全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS，并包括惯性导航系统INS，所述GNSS用于接收卫星信号并基于卫星信号确定电子设备的位置，所述定位装置还包括：
GNSS信息分析器，配置为基于所确定的电子设备的位置，使用卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，确定由GNSS提供的位置信息的可靠性；
INS组合确定器，配置为使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别；以及
传感器信息接收机，配置为通过根据所确定的INS的操作级别操作INS，来补偿电子设备的位置；
其中传感器信息接收机还配置为，响应于检测到所述位置信息的可靠性降低，增大提供给所述INS的至少一个部件的功率的量。
9.根据权利要求8所述的定位装置，其中GNSS信息分析器：
通过考虑卫星信息中可见卫星的数目、用于定位电子设备的卫星的数目、卫星信号接收强度以及卫星部署信息中的至少一个来确定第一可靠性；
通过考虑位置信息中电子设备的速度和速度变化来确定第二可靠性；
通过考虑位置信息中电子设备的位置的误差信息来确定第三可靠性；
通过考虑位置信息中电子设备的纬度、经度、高度、以及纬度、经度和高度的变化来确定第四可靠性；以及
通过组合第一可靠性、第二可靠性、第三可靠性和第四可靠性中的至少一个来确定第五可靠性。
10.根据权利要求9所述的定位装置，其中位置信息包括电子设备的纬度、经度、高度、运动方向和速率中的至少一个，并且
卫星信息包括可见卫星的数目、用于定位的卫星列表、卫星信号接收强度、卫星部署信息、指示了卫星部署均匀性的精度减损DOP信息、以及不确定度或精确度中的至少一个。
11.根据权利要求8所述的定位装置，其中INS组合确定器通过将GNSS的位置信息的可靠性和至少一个阈值进行比较，来确定INS的对应操作级别。
12.根据权利要求8所述的定位装置，其中传感器信息接收机还配置为基于INS的多个传感器的开启/关闭状态以及传感器的采样周期中的至少一个，将INS的操作级别划分为多个操作级别。
13.根据权利要求8所述的定位装置，其中INS的操作级别包括：
用于关闭INS的传感器的第一级别；
用于确定停止和运动的第二级别；
用于确定旋转的第三级别；
用于确定旋转角度的第四级别；以及
用于基于INS确定位置信息的第五级别。
14.根据权利要求8所述的定位装置，其中传感器信息接收机通过组合GNSS的第一位置数据和INS的第二位置数据来确定第三位置数据，并基于第三位置数据来确定电子设备的位置。
15.一种电子设备的定位设备，所述电子设备包括全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS，并包括惯性导航系统INS，所述定位设备包括：
经由GNSS接收卫星信号的装置；
基于卫星信号确定电子设备的位置的装置；
基于所确定的电子设备的位置，使用卫星信号的卫星信息和位置信息中的至少一个，来确定由GNSS提供的电子设备的位置信息的可靠性的装置；
使用电子设备的位置信息的可靠性，确定INS的操作级别的装置；以及
通过根据所确定的INS的操作级别操作INS，来补偿电子设备的位置的装置；
其中补偿电子设备的位置的装置还包括，响应于检测到所述位置信息的可靠性降低，增大提供给所述INS的至少一个部件的功率的量的装置。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括装置，用于：通过考虑卫星信息中可见卫星的数目、用于定位电子设备的卫星的数目、卫星信号接收强度以及卫星部署信息中的至少一个来确定第一可靠性；通过考虑位置信息中电子设备的速度和速度变化来确定第二可靠性；通过考虑位置信息中电子设备的位置的误差信息来确定第三可靠性；通过考虑位置信息中电子设备的纬度、经度、高度、以及纬度、经度和高度的变化来确定第四可靠性；以及通过组合第一可靠性、第二可靠性、第三可靠性和第四可靠性中的至少一个来确定第五可靠性。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述位置信息包括电子设备的纬度、经度、高度、运动方向和速率中的至少一个，并且
卫星信息包括可见卫星的数目、用于定位的卫星列表、卫星信号接收强度、卫星部署信息、指示了卫星部署均匀性的精度减损DOP信息、以及不确定度或精确度中的至少一个。
18.根据权利要求15所述的设备，还包括装置，用于通过将GNSS的位置信息的可靠性和至少一个阈值进行比较，来确定INS的对应操作级别。
19.根据权利要求15所述的设备，还包括装置，用于基于INS的多个传感器的开启/关闭状态以及传感器的采样周期中的至少一个，将INS的操作级别划分为多个操作级别。
20.根据权利要求15所述的设备，其中，INS的操作级别包括：
用于关闭INS的传感器的第一级别；
用于确定停止和运动的第二级别；
用于确定旋转的第三级别；
用于确定旋转角度的第四级别；以及
用于基于INS确定位置信息的第五级别。
21.根据权利要求15所述的设备，还包括装置，用于通过组合GNSS的第一位置数据和INS的第二位置数据来确定第三位置数据，并基于第三位置数据来确定电子设备的位置。
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