CN104677350A - 使用惯性传感器自动生成定位地点签名的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于生成多个地点签名的装置、方法和计算机可读介质。该方法包括以初始位置播种装置以及利用惯性定位系统传播用户位置以及生成地点签名。

Description

使用惯性传感器自动生成定位地点签名的方法和系统

发明领域

本发明总体上是针对惯性传感器，并且更具体地，将此类惯性传感器用于使用这种传感器确定地点签名。

背景

令人希望的是显著降低在为地点签名数据库生成以及维护室内和室外地点确定过程中的努力水平，如与基于wifi的地点指纹识别方法一起使用。常规地，需要一个资源密集型的过程来手动调查一个区域以确定该区域内的Wi-Fi能力。

手动调查一个区域是昂贵的、耗时的并且并不总是彻底的。另外，指纹签名可以随着时间而变化。例如，Wi-Fi接入点(AP)的添加或移除、信标、地磁异常的变化等都可以导致签名的变化。最后，常规过程需要可能并不容易获得的相对昂贵的设备。

因此，需要的是克服上述所标识的问题的系统和方法。该系统和方法必须是成本有效的、易于实现的、并且随着时间推移可适应于现有环境的。本发明解决了这种需要。

概述

在此披露了一种用于生成多个地点签名的装置、方法和计算机可读介质。该方法包括以初始位置播种装置以及利用惯性定位系统基于该初始位置生成准确的地点签名。

附图简要说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的运动跟踪系统。

图2a至图2e示出了根据本发明的各个实施例的该系统的示例性应用。

图3a至图3d示出了根据本发明的系统在一个预定区域内的操作。

图4是根据本发明的系统的一个实施例的方框图。

详细说明

本发明总体上是针对惯性传感器，并且更具体地，将此类惯性传感器用于使用这种传感器确定地点签名。以下描述被展示为使得本领域的普通技术人员能够制作和使用本发明，并且提供在专利申请及其要求的背景中。对优选实施例和通用原理以及在此描述的特征作出的各种修改对本领域的技术人员而言将是非常明显的。因此，本发明并非旨在限定于所示实施例，而是要符合与在此描述的原理和特征相一致的最广范围。

在所描述的实施例中，还被称为运动处理单元(MPU)的运动跟踪装置除了电子电路还包括至少一个传感器。考虑了如陀螺仪、磁力计、加速度计、麦克风、压力传感器、接近度、环境光传感器、以及其他本领域中已知的传感器等传感器。某些实施例包括加速度计、陀螺仪和磁力计，其中每一个提供一个沿着相对于彼此正交的三条轴线的测量结果，被称为一个9轴装置。其他实施例可以不包括所有的传感器，或者可以提供沿着一条或多条轴线的测量结果。这些传感器形成在第一基板上。其他实施例可以包括固态传感器或者任何其他类型的传感器。运动跟踪装置内的电子电路接收来自该一个或多个传感器的测量输出。在某些实施例中，电子电路处理传感器数据。而在其他实施例中，在不同的芯片上的处理器上处理传感器数据。电子电路实现在第二硅基板上。在单个半导体芯片内，第一基板被垂直地叠放、附接并且电性连接到第二基板上。在所描述的实施例中，惯性定位系统包括处理器、传感器(诸如加速度计、陀螺仪、压力传感器、磁力计、以及多个其他传感器，或者单独地或者以其任何组合)，以在需要或者不需要外部参考的情况下计算运动的位置、取向、速率、方向和速度，以及对象的其他运动和姿态特性。

在所描述的实施例中，“原始数据”指的是来自传感器的尚未处理的测量输出。“运动数据”指的是处理过的传感器数据。处理可以包括应用传感器融合算法或者应用任何其他算法。在传感器融合算法的情况下，将来自一个或多个传感器的数据组合以提供装置的取向。在一个实施例中，取向包括方位角和/或置信度值。在所描述的实施例中，MPU在结构中可以包括处理器、存储器、控制逻辑以及传感器。在所描述的实施例中，预定义的世界坐标中的参考指的是一个坐标系，其中，坐标系的一个轴与地球的引力相对齐，坐标系的第二轴指向磁北极，并且第三坐标与第一和第二坐标相正交。

图1示出了根据本发明的一个实施例的运动跟踪系统105。示出了系统105包括运动处理单元(MPU)110、应用处理器114、应用存储器112、以及外部传感器108。在一个实施例中，MPU 110包括处理器102、存储器104以及传感器106。存储器104被示出为存储算法、来自传感器106和/或外部传感器108的原始数据和/或处理后的传感器数据。在一个实施例中，传感器106包括加速度计、陀螺仪、磁力计、压力传感器、麦克风以及其他传感器。外部传感器108可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、压力传感器、麦克风、接近度、触觉传感器、和环境光传感器、以及其他传感器。

在某些实施例中，传感器102、存储器104以及传感器106形成在不同的芯片上，而在其他实施例中，处理器102、存储器104以及传感器106驻留在同一个芯片上。在另外的其他实施例中，在处理器102和MPU 110外部执行在计算取向时所采用的传感器融合算法。在再其他实施例中，传感器融合和置信区间由MPU 110确定。

在一个实施例中，处理器102根据存储器104内的算法执行代码，以处理存储器104内的数据。在另一个实施例中，应用处理器向应用存储器112发送或从其中检索，并且耦合到处理器102。处理器102根据处理器114内的应用来执行存储器104内的算法。应用的示例如下：导航系统、罗盘精度、远程控制、3维照相机、工业自动化、或任何其他运动跟踪应用。在3维照相机应用的情况下，偏置误差或灵敏度误差由处理器102估计。应当理解，这并不是应用的穷尽列表，并且还考虑了其他应用。

图2a至图2e示出了根据本发明的各个实施例的系统105的用于使用此类传感器确定地点签名的示例性应用。在图2a中，示出了计步器包括用于计算计步器的取向的系统105。图2b示出了用户手腕上的可穿戴传感器，该可穿戴传感器采用系统105。在某些实施例中，可穿戴传感器可以穿戴在身体的任何部位上。系统105计算可穿戴传感器的取向。在图2c中，示出了智能电话/平板计算机采用系统105。系统105计算智能电话/平板计算机的取向(如用于全球定位应用)。图2d示出了3维照相机采用系统105来计算照相机的取向。图2e示出了导航系统采用系统105来计算导航系统的取向。应当理解，图2a至图2e的应用仅仅是其他太详尽以至于无法列举的应用的列表的示例。

根据一个实施例的系统和方法可以使用有Wi-Fi和惯性导航两种能力的装置来提供多个地点签名，用于为一个区域提供多个指纹。地点签名意味着Wi-Fi热点在预定区域内所在地点的指示。地点签名包括但不限于射频签名(如蓝牙、射频识别(RFID)、Wi-Fi、蓝牙信标映射等等)。其将包括源自多发射器的唯一标识连同在一个给定地点进行的相应的信号强度测量。地点签名还可以包括表明给定地点的磁场强度的磁性签名。这样的系统和方法仅需要装置的最小地点初始化，并且可以使用惯性导航来集中地点签名的密度。

此后，可以将地点签名提供给数据库，这些数据库可以将后续地点提供给装置以生成新的地点签名或者指纹。因此，可以定期地更新指纹数据库，以反映在特定区域内的变化的环境。

本文描述的实施例可采取完全硬件实现、完全软件实现或包含硬件和软件元件两者的实现的形式。实施例可以用软件实现，软件包括但不限于应用软件、固件、常驻软件、微代码等。

本文所描述的步骤可以用任何合适的控制器或处理器、以及软件应用实现，软件应用可以被存储在任何合适的存储位置或计算机可读介质上。软件应用提供使得处理器能够使接收器执行本文所描述的功能的指令。

进一步地，实施例可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可以从可供计算机或任何指令执行系统使用或与之结合使用且提供程序代码的计算机可用或计算机可读介质进行访问。出于本描述的目的，计算机可用或计算机可读介质可以是可供指令执行系统、设备或装置使用或与之结合使用且能够包含、存储、通信、传播或传输程序的任何设备。

该介质可以是电子的、磁的、光的、电磁的、红外的、半导体系统(或设备或装置)、或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘、以及光盘。光盘的当前示例包括DVD、致密盘只读存储器(CD-ROM)以及致密盘读/写(CD-R/W)。为了更详细地描述本披露的特征，现在结合附图参考如下描述。

为了更详细地描述本发明的特征，现在结合附图参考如下描述。在一个实施例中，以现有的准确的无线地点播种用户位置。此后，当装置使用者在区域内移动时，利用源自惯性传感器的地点来提供附加的地点签名。地点签名被捕捉并提供给数据库。只要装置的位置在一个特定的精度极限之内，则重复这些步骤。该特定的精度极限是可以取决于目标用例而变化或调整的。

图3a至图3d示出了根据本发明的系统在一个预定区域内的操作。预定区域可以是大商场(或者户内或者户外)。其可以是办公楼、住宅区、飞机场或任何建筑。唯一的要求是在整个区域内有一些能够提供Wi-Fi或其他RF信号的装置。

图3a示出了包括四个可用Wi-Fi地点302a-302d的区域。本领域普通技术人员已经认识到可以有任何数目的Wi-Fi地点，并且该数目将在本发明的精神和范围之内。相应地，用户初始提供一个如虚线所指示的靠近Wi-Fi地点302b的装置，其中Wi-Fi地点和潜在的其他先前已经收集的地点签名被利用来初始化装置的位置以及初始化装置的航位推算(DR)。如下文更详细地描述的，可以在装置外部提供初始化，或者替代地可以由装置内的内部机制来提供。该内部机制可以包括例如图3b所示的GPS系统310。其他用于提供初始化的内部机制包括但不限于：卫星导航系统、近场接近感应、光学图像/接近感应的任何组合。返回参考图3a，实线提供了路径304的指示，遵循该路径将提供装置的高度准确的航位推算，该装置将提供准确的指纹。图3c示出了沿着路径304创建新的准确的地点签名306。图3d示出了相同的环境，其中多个装置可以被众包以从初始调查的多个地点签名330中获得众包地点标签320。为了示出可以提供如上所描述的系统的整个系统，现在结合附图参考如下描述。

图4是根据本发明的系统400的一个实施例的方框图。系统400包括与服务器406进行通信的运动跟踪装置。服务器406与数据库408进行通信。可以在装置402内或者可以在服务器406内的地点初始化系统404在它们之间进行通信。在一个实施例中，传感器412与地点引擎416进行通信。传感器412可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、压力传感器、麦克风、全球导航卫星系统(GNSS)接收器以及其他传感器；接近度、触觉传感器、和环境光传感器、以及其他传感器。在一个实施例中，传感器412和位置引擎416包括惯性定位系统。在另一个实施例中，传感器412、本地存储420和位置引擎416包括惯性定位系统。在一个实施例中，某些传感器可以在装置402内部，而某些传感器可以在外部。在另一个实施例中，传感器412可以在装置402的内部。最后，在另一个实施例中，所有的传感器可以在装置的外部。

在一个实施例中，地点引擎416从地点初始化模块404中接收初始化信息，并且向本地存储420提供航位推算(DR)输出连同地点签名的快照。本地存储420与服务器406进行通信。系统400的所有元素可以在一个装置上或者可以被划分。例如，服务器406和/或数据库408可以位于装置402之内或者服务器406与数据库408可以位于云存储上。

在操作过程中，运动跟踪装置402的地点引擎416通过地点初始化模块404被初始化。如上所述，地点初始化模块可以在装置402之内或者可以在服务器406之内。此后，地点引擎416提供一个或多个地点签名的DR输出。如上所述，该一个或多个地点签名可以是射频(RF)签名，诸如Wi-Fi、蓝牙、蓝牙低能量、近场通信(NFC)、小区-ID或全球导航卫星系统(GNSS)等等。在另一个实施例中，地点签名可以是指示热点的磁场强度的签名等等。可以利用这些磁性签名来提供地点信息。

在一个实施例中，新的地点签名然后被提供给本地存储420。地点签名然后被从本地存储420推送到服务器406，并且然后到数据库408。此后，以新的地点签名播种地点初始化模块404，该新的地点签名用于相同的或另一个装置。然后，新的地点签名被提供给地点引擎416以使用WiFi指纹识别方法提供更准确的后续装置地点。

地点的播种被定义为初始化或者更新惯性定位系统，当前地点的估计以及典型地不确定性与其相关联。播种可以通过单独的装置进行，或者可以用众包的形式进行。也就是说，这些地点签名接收自在同一地点的多个装置。在一个实施例中，这些地点签名是从多个装置中所聚合与归一化的并且被重新分配给装置以确定热点的地点。多个装置或用户可能已经或可能没有为了用户地点确定对聚合做出贡献。此后，可以利用上述过程来为装置或者用户获得更准确的基于wifi的地点带来好处，甚至不需要他们对地点签名聚合过程做出贡献。

根据一个实施例的系统和方法可以使用通过惯性传感器排他性地获得的装置地点来自动地生成地点签名的数据库以提供多个指纹，可以随着环境变化而更新数据库，并且可以利用数据库来播种用户位置并随后生成新的地点签名。新的地点签名的生成可以是众包的。此外，地点签名的生成可以使用廉价的设备(诸如手机、平板计算机、膝上型计算机、便携式装置等等)来进行。

虽然本发明根据所示的实施例中已经描述，在本技术领域的普通技术人员将容易地认识到，有可能是变化的实施例，这些变化将在本发明的精神和范围之内。相应地，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以作出许多修改。

Claims (30)

1.一种方法，包括：

以一个初始位置播种一个或多个装置；以及

利用该一个或多个装置中的一个装置之内的一个惯性定位系统基于该初始位置生成多个地点签名。

2.如权利要求1所述的方法，其中，这些地点签名包括任何射频(RF)签名或者磁性签名。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在一个数据库上存储这些地点签名。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括向该装置提供这些地点签名，并且重复该利用步骤直到从这些地点签名中确定出一个用户地点。

5.如权利要求3所述的方法，其中，该数据库是云存储。

6.如权利要求1所述的方法，其中，该播种是利用一个或多个RF签名进行的。

7.如权利要求6所述的方法，其中，该一个或多个RF签名是Wi-Fi、蓝牙、蓝牙低能量或全球导航卫星系统(GNSS)的任何组合。

8.如权利要求1所述的方法，其中，该惯性定位系统包括一个处理器、以及以下各项中的任何项或者任何组合：陀螺仪、加速度计、磁力计、压力传感器、接近度、触觉、环境光以及麦克风。

9.如权利要求1所述的方法，其中，该播种是利用一个或多个磁性签名进行的。

10.如权利要求3所述的方法，其中，该数据库驻留在该一个或多个装置中的至少一个装置上。

11.如权利要求1所述的方法，其中，这些地点签名接收自用于一个地点的多个装置。

12.如权利要求3所述的方法，其中，该播种由该数据库所提供。

13.如权利要求1所述的方法，其中，这些地点签名是从多个装置中所聚合与归一化的并且被重新分配给多个装置以确定多个Wi-Fi热点的一个地点。

14.一种包含计算机可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质包括用于以下用途的程序指令：

以一个准确的初始位置播种一个或多个装置；以及

利用一个惯性定位系统基于该初始位置生成多个准确的地点签名。

15.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，这些地点签名包括任何射频(RF)签名或者磁性签名。

16.如权利要求14所述的计算机程序产品，进一步包括在一个数据库内存储这些地点签名。

17.如权利要求14所述的计算机程序产品，进一步包括向该一个或多个装置提供这些地点签名，并且重复该利用步骤直到从这些准确的地点签名中确定出一个用户地点。

18.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中，该数据库被存储在云中。

19.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，该播种是利用一个或多个RF签名进行的。

20.如权利要求19所述的计算机程序产品，其中，该一个或多个RF签名是任何Wi-Fi、蓝牙、蓝牙低能量或全球导航卫星系统(GNSS)。

21.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，该惯性定位系统包括一个处理器、以及以下各项中的任何项或者任何组合：陀螺仪、加速度计、磁力计、压力传感器、麦克风、触觉、接近度、以及环境光传感器。

22.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，该播种是利用一个或多个磁性签名进行的。

23.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中，该数据库在该一个或多个装置中的至少一个装置上。

24.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，这些地点签名接收自用于同一个地点的多个装置。

25.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，该播种由该数据库所提供。

26.如权利要求14所述的计算机程序产品，其中，这些地点签名是从多个装置中所聚合与归一化的并且被重新分配给多个装置以确定多个Wi-Fi热点的地点。

27.一种装置，包括：

一个处理器；

与该处理器通信的存储器；其中，该存储器包括一个算法；一个用于向该存储器提供数据的内部定位系统；以及

其中，该处理器执行该算法；其中，该算法包括用于执行该存储器内的数据的程序指令，这些程序指令包括以一个准确的初始位置播种该装置；以及利用该惯性定位系统生成多个准确的地点签名。

28.如权利要求26所述的装置，其中，这些地点签名包括任何RF签名或者磁性签名。

29.如权利要求28所述的装置，其中，该一个或多个RF签名是任何Wi-Fi、蓝牙、蓝牙低能量或全球导航卫星系统(GNSS)。

30.如权利要求26所述的装置，其中，该惯性定位系统是以下各项中的任何项或者任何组合：陀螺仪、加速度计、磁力计、运动处理单元、压力传感器。