CN104684075A - 电子装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

一种电子装置及其定位方法，所述电子装置包括选取单元、储存单元以及处理单元。选取单元与储存单元耦接于处理单元。选取单元用以选取电子装置邻近的第一参考点，储存单元用以储存多个第二参考点的多个第二位置信息。处理单元通过选取单元所选取的第一参考点的第一位置信息来对电子装置进行单点测距，并从储存单元选取所储存的第二位置信息对电子装置进行辅助定位，接着将单点测距的结果与辅助定位的结果进一步计算电子装置的目标位置。

Description

电子装置及其定位方法

技术领域

本发明提供一种定位方法，特别是涉及一种单点测距的定位方法，以及使用所述定位方法的电子装置。

背景技术

随着卫星科技的进步，全球定位系统（Global Position System，GPS）已由早期的军事用途逐渐发展于一般生活应用上，其中最常见的就是用于目标物的定位与导航。目前市面上的定位装置（或是导航装置）大都采用全球定位系统的技术。全球定位系统结合卫星科技与无线通信的技术，可提供使用者精确的定位、速度及时间信息。

全球定位系统的定位与导航需仰赖卫星、定位装置与导航软件之间的相互配合才得以顺利运作。然而，定位装置常会因建筑物的遮蔽，而发生接收不到卫星信号的情况，例如在机场、大楼、地下道或隧道等场所中，极有可能会因为接收不到卫星信号，而无法正确地执行定位动作。因此，每当使用者需要使用定位装置时，就必需走到如空旷的室外环境，才可使定位装置接收卫星信号，并执行定位动作，而此种方式对于使用者来说相当不方便。

针对此项缺陷，近年来则发展出一种利用无线通信基地台（CellTower）信号来进行定位的技术。此技术由手机检测其周遭多个基地台的信号强度，据以推算出手机与各个基地台之间的近似距离，同时也利用各个基地台的识别码找出基地台的实际位置，从而估算出手机本身的定位信息。由于基地台的信号可以穿透建筑物，因此没有被建筑物遮蔽而无法定位的问题。然而，由于各个基地台之间的距离可达数公里，因此采用此种定位方式所计算出来的定位信息并不精确，且建筑物的遮蔽也会造成信号的衰减，最终使得此种定位方式的准确度不佳。

另一方面，随着无线兼容认证（Wireless Fidelity,Wi-Fi）技术的广泛应用，由消费者或者企业所架设的无线路由器数量庞大且分布范围广，尤其在都会区中更形密集。针对此点，无线兼容认证定位系统（Wi-FiPositioning System,WPS）即利用都会区中Wi-Fi接入点（Access Point）分布密度高、信号覆盖范围大的特点，找寻附近地区中所有热点的位置，并通过附近的接入点来判断目标物的大概位置。

请参阅图1，图1为传统Wi-Fi定位的示意图。在图1中包括接入点11～13与电子装置101（例如手机或平板之类的移动装置）。电子装置101通过检测附近周围的接入点11～13的媒体存取控制位址（Media AccessControl Address，MAC）以及电子装置101所收到接入点11～13的信号强度，进行交叉比对的计算获得电子装置101的定位位置。然而，此种定位方式的使用仅限于Wi-Fi接入点分布密度较高的都会区。

发明内容

本发明实施例提供一种电子装置，包括选取单元、储存单元以及处理单元。选取单元与储存单元耦接于处理单元。选取单元用以选取电子装置邻近的第一参考点，储存单元用以储存多个第二参考点的多个第二位置信息。处理单元通过选取单元所选取的第一参考点的第一位置信息对电子装置进行单点测距，并从储存单元选取所储存的第二位置信息提供电子装置辅助定位信息，接着利用单点测距的结果与辅助定位信息的结果来进一步计算电子装置的目标位置。

本发明实施例提供一种应用于电子装置的定位方法，所述方法包括以下步骤。首先，选取电子装置邻近的第一参考点。其后，通过第一参考点的第一位置信息对电子装置进行单点测距。接着，选取储存于电子装置中的多个第二参考点的多个第二位置信息提供电子装置辅助定位信息。随后，利用单点测距的结果与辅助定位信息的结果进一步计算电子装置的目标位置。

综上所述，通过本发明实施例的电子装置及其定位方法，能够让使用者即使在单点测距的情况也能够获得较精准的位置信息，且不须基于卫星导航定位系统或者传统无线电定位系统的方式，大幅简化传统定位技术的运算量，并解决现有室内外定位系统所受环境限制的问题。值得一提的是，本发明通过足够的数量的第二参考点计算出空间中实际坐标位置的方式进行定位，因此更进一步具有垂直轴向（Z向量）的位置信息，有效解决传统仅能计算平面位置的缺陷。进一步改善导航定位、车队派遣与管理、人员与货物的追踪、基于位置服务与应用（LBS）、数码相机结合地理标记（Geotagging）、地理信息系统（GIS）与急难救助等相关产业的应用。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1为传统Wi-Fi定位的示意图；

图2为本发明实施例的电子装置的方块图；

图3为本发明实施例的电子装置的定位示意图；

图4A为本发明实施例的电子装置、参考点与所选取的卫星位置与距离示意图；

图4B为本发明实施例的电子装置、参考点与所选取的卫星位置与距离局部放大图；

图5为本发明实施例的电子装置可选取已知空间位置信息的卫星分布示意图；

图6为本发明实施例的定位方法的流程图。

【符号说明】

11～13：接入点

101、2、301、501：电子装置

21：选取单元

22：储存单元

23：处理单元

SV1～SV7：卫星

31：第一参考点

A：圆周

B：局部放大

D1：半径

D21～24、D31～D34：距离

G：单位向量

311：投影点

S1：视水平面上

S2：视水平面下

S101～S104为步骤流程

具体实施方式

在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域的普通技术人员充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一者或者多者的所有组合。

请参阅图2，图2为本发明实施例的电子装置的方块图。电子装置2包括选取单元21、储存单元22以及处理单元23。选取单元21与储存单元22耦接于处理单元23。电子装置2例如为手机或平板等移动装置，但本发明却不限定于此。

选取单元21用以选取邻近电子装置2的第一参考点。当使用者以电子装置2进行定位时，选取单元21搜寻邻近电子装置2的接入点或特定地标作为第一参考点，并以所选择的参考点进行单点测距。更进一步地说，电子装置2的选取单元21可以进一步包括射频模块、红外线模块、激光模块、超音波模块、图像获取模块等等，并分别用以提供射频、图像测距、光测距或声音测距的方式来进行单点测距，并计算获得所选取的第一参考点与电子装置2的第一距离信息。所述接入点或特定地标可以是3G基地台、LTE基地台、WiMAX基地台、Wi-Fi装置、蓝牙装置或Zigbee装置等等已知空间坐标的装置，或者是其他已知空间坐标的地标或标的物，所述空间坐标例如为通过WGS84、TWD67或TWD97的GPS坐标系统所具有三维空间坐标信息，本发明并不以此做为限制。

储存单元22用以储存多个第二参考点的多个第二位置信息。电子装置2可预先储存多个用以提供计算的第二参考点的第二位置信息于储存单元22中。所述第二参考点可以为美国全球卫星定位系统（GPS）、欧盟伽利略定位系统（Galileo）、俄罗斯GLONASS或中国北斗卫星导航系统的卫星等等已知空间坐标位置信息的卫星。值得一提的是，使用者可以从电子装置2的供货商所提供最新的第二参考点及其位置信息，进一步将储存单元22所储存的位置信息进行更新。电子装置2不须在每次执行定位时由外部重新获得第二参考点的第二位置信息，也就是说，电子装置2能够快速地从自身的储存单元22选取所需位置信息以提供后续计算处理。另一方面，储存单元22还用以提供后续计算处理过程中所需暂存的信息（如计算获得的位置信息或距离信息）。在本发明实施例中，储存单元22可以非挥发/挥发性储存单元（如ROM或RAM）作实现，本发明并不以此作为限制。

处理单元23耦接于选取单元21与储存单元22，用以从选取单元21所选取的第一参考点的第一位置信息对电子装置2进行单点测距，其中单点测距为计算第一参考点与电子装置2之间的距离信息。接着，从储存单元23选取预先储存的第二参考点的第二位置信息对电子装置2提供辅助定位信息，其中辅助定位为计算第二参考点与电子装置2之间的距离信息。值得一提的是，通过第一参考点的第一位置信息与第二参考点的第二位置信息可以进一步得知第一参考点与第二参考点之间的距离信息，其中第一位置信息与第二位置信息为三维空间X,Y,Z所组成的三维空间坐标信息，并用以转换为地理坐标。在计算出单点测距的结果与获得辅助定位信息的结果后，处理单元23可进一步计算出电子装置2所在的目标位置。

值得一提的是，在使用者通过选取单元21选定一个作为第一参考点的已知空间坐标位置的基地台或标的物后，处理单元23进一步通过选取单元21所包括的射频模块、红外线模块、激光模块、超音波模块或图像获取模块利用射频、图像测距、光测距或声音测距的方式来计算获得所选取的第一参考点与电子装置301的距离信息。请同时参阅图2与图3，图3为本发明实施例的电子装置的定位示意图。图3中包括卫星SV1～SV4、第一参考点31以及电子装置301。其中D21～D24为第一参考点31至卫星SV1～SV4的距离，D31～D34为电子装置301至卫星SV1～SV4的距离。举例来说，使用者可通过图像获取模块获取所选择的第一参考点31的图像，通过图像处理计算出电子装置301与第一参考点31的距离D1（例如通过景深图（depth map））。或者，使用者可通过红外线模块所发射的红外线判断出电子装置301与第一参考点31的距离D1。处理单元23可以是中央处理单元（CPU）、微型控制单元（MCU）或其他具有运算能力的计算单元，本发明并不以此作为限制。

在传统上，以单点测距的方式所获得的位置信息仅仅为距离D1，也就是说，此时所计算出的电子装置301可能位于第一参考点31以距离D1为半径的圆周A上。但在实际操作上，可能会出现与实际位置距离2倍距离D1误差的情况发生。若以无线通信基地台与电子装置301的距离来说，可能相距数百公尺至数公里。在误差2倍距离D1的情况即相差非常之多。因此，在本发明实施例中，电子装置301使用其他的已知空间位置信息来对电子装置301进行辅助计算，藉此进一步获得较精准的位置信息。换句话说，通过空间中其他已知坐标信息的标的与电子装置301所选取的第一参考点31的坐标位置信息能够计算出电子装置301较精准的实际空间位置。

接着，后续将更进一步举例详细说明本发明实施例的电子装置定位过程。请同时参阅图3与图4A，图4A为本发明实施例的电子装置、参考点与所选取的卫星位置与距离示意图。图4A中所示出的卫星SV4、第一参考点31以及电子装置301系与图3相同，于此处仅以单一卫星SV4的计算作为说明。在本发明实施例的执行定位计算中，预先假设电子装置301位于空间坐标（x_u,y_u,z_u）的位置。接着，根据电子装置301的选取单元选取的第一参考点取得第一参考点31的空间坐标（x₀,y₀,z₀）之信息，并且根据电子装置301的储存单元预先储存于储存单元的第二参考点位置信息选取卫星SV1～SV4其中之一的空间坐标（x_i,y_i,z_i），于此为卫星SV4的空间坐标（x₄,y₄,z₄），可以假设出下列的算式：

从电子装置301至卫星SV1～SV4的几何距离（也即图4A中距离D34）公式为：

${\mathrm{\ρ}}_u^i=\sqrt{{(x_u-x_i)}^2+{(y_u-y_i)}^2+{(z_u-z_i)}^2},---\left(1\right)$

从第一参考点至卫星SV1～SV4的几何距离（也即图4A中距离D24）公式为：

${\mathrm{\ρ}}_0^i=\sqrt{{(x_0-x_i)}^2+{(y_0-y_i)}^2+{(z_0-z_i)}^2},---\left(2\right)$

值得一提的是，在本发明实施例中，作为第二参考点的卫星SV1～4与第一参考点距离约20000公里，因此可进一步将第一参考点（x₀,y₀,z₀）以线性化技术处理如下：

${\mathrm{\ρ}}_u^i={\mathrm{\ρ}}_0^i+\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_u^i}{\∂x}(x_u-x_0)\text{+}\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_u^i}{\∂y}(y_u-y_0)+\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_u^i}{\∂z}(z_u-z_0).---\left(3\right)$

其中，在计算式（3）中，

$g_{\mathrm{xi}}=\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_u^i}{\∂x}=\frac{(x_0-x_i)}{\sqrt{{(x_0-x_i)}^2+{(y_0-y_i)}^2+{(z_0-z_i)}^2}},---\left(4\right)$

$g_{\mathrm{yi}}=\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_u^i}{\∂y}=\frac{(y_0-y_i)}{\sqrt{{(x_0-x_i)}^2+{(y_0-y_i)}^2+{(z_0-z_i)}^2}},---\left(5\right)$

$g_{\mathrm{zi}}=\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_u^i}{\∂z}=\frac{(z_0-z_i)}{\sqrt{{(x_0-x_i)}^2+{(y_0-y_i)}^2+{(z_0-z_i)}^2}},---\left(6\right)$

因此可以将计算式（3）改写为：

${\mathrm{\ρ}}_u^i={\mathrm{\ρ}}_0^i+g_{\mathrm{xi}}(x_u-x_0)+g_{\mathrm{yi}}(y_u-y_0)+g_{\mathrm{zi}}(z_u-z_0).---\left(7\right)$

以及

${\mathrm{\ρ}}_u^i-{\mathrm{\ρ}}_0^i=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{\mathrm{xi}}& g_{\mathrm{yi}}& g_{\mathrm{zi}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_u-x_0\\ y_u-y_0\\ z_u-z_0\end{array}\right].---\left(8\right)$

接着，计算式（8）可进一步写成：

${\mathrm{\ρ}}_u^i-{\mathrm{\ρ}}_0^i=\mathrm{G\δX}.---\left(9\right)$

其中，

${\mathrm{\ρ}}_u^i\≈{\mathrm{\ρ}}_0^i+D1,---\left(10\right)$

进一步说，非常近似于与D1的线性组合。

请同时参阅图4B，图4B为本发明实施例的电子装置、参考点与所选取的卫星位置与距离局部放大图。图4B即为图4A中B放大范围。经由计算式（3）以线性化技术处理后，进一步推导出计算式（8）中G向量值也即为图4B中所示的单位向量G。举例来说，于图4B中，投影点311为第一参考点31的位置坐标投影到卫星SV4与电子装置301的距离D34上的坐标位置。因此，明显可得知，电子装置301的实际位置位于第一参考点31偏移位移量GδX的坐标位置。

上述的计算式为以单一卫星作为第二参考点所产生的电子装置301的实际位置信息。接着，通过上述的计算式（9）与计算式（10）计算电子装置301从多个卫星SV1～SV4中所选取的多个第二参考点，可进一步求解出电子装置301的近似空间坐标位置。然而，随着电子装置301所选取第二参考点的数量越多并且彼此之间空间几何分布良好情况下，所获得的位置信息越精准。在本发明实施例中，以第一参考点通过线性化技术处理的方式以及第一参考点31到电子装置301的距离D1与第一参考点31到第二参考点的距离的线性组合，作为计算距离以及求解电子装置301的坐标位置，在该领域的普通技术人员也可通过其他距离计算公式或演算方式实施，本发明仅以此作为说明，并不以此作为限制。

请参阅图5，图5为本发明实施例的电子装置可选取已知空间位置信息的卫星分布示意图。在图5中包括电子装置501以及卫星SV1～SV7，其中卫星SV1～SV4分布于视水平面上S1，卫星SV5～SV7分布于视水平面下S2。在上述的第一参考点以线性化技术处理的实施方式中，所需的条件为第一参考点与第二参考点的距离需在一定范围（约20000公里的距离）。因此，若第一参考点位及与电子装置501不可距离第二参考点的卫星太近，否则无法使用线性化技术处理进行计算。在本发明实施例中，可进一步通过视水平面上及视水平面下的卫星SV1～SV7同时提供选择藉此提升三维位置的精确度，尤其是垂直轴向（Z向量）的位置信息。

接着，请参阅图6，图6为本发明实施例的定位方法的流程图。定位方法包括步骤S101，选取电子装置邻近的第一参考点；步骤S102，通过第一参考点的第一位置信息对电子装置进行单点测距；步骤S103，选取储存于电子装置中的第二参考点的第二位置信息提供电子装置辅助定位信息；以及步骤S104，利用单点测距的结果与辅助定位信息进一步计算电子装置的目标位置。

请复同时参阅图2，在步骤S101中，当使用者以电子装置2进行定位时，选取单元21搜寻邻近电子装置2的接入点或特定地标作为第一参考点。在步骤S102中，处理单元23用以从选取单元21所选取的第一参考点的第一位置信息对电子装置2进行单点测距，其中单点测距为第一参考点与电子装置2之间的距离信息。在步骤S103中，从储存单元23选取预先储存的第二参考点的第二位置信息提供电子装置2辅助定位信息，其中辅助定位为第二参考点与电子装置2之间的距离信息。在步骤S104中，处理单元23在计算出单点测距的结果与辅助定位的结果后，将进一步计算出电子装置2所在的目标位置。

综上所述，通过本发明实施例的电子装置及其定位方法，能够让使用者即使在单一接入点或地标的情况也能够获得较精准的位置信息，且不须基于卫星导航定位系统或者无线电定位系统的方式，大幅简化传统定位技术的运算量，并解决现有室内外定位系统所受限制的问题。然而，即使是在基地台较密集的都市中，也能够以单一接入点（Access Point）或特定地标进行定位，而不受接入点建置的几何分布、个数或信号涵盖范围影响。另一方面，对于较偏远地区（如山区）来说，在基地台的密度较都市稀疏的情况下，同样能以单一个基地台来执行定位并获得较精准的三维位置信息，能够有效提升搜救人员在急难救助的效率。值得一提的是，本发明通过计算出空间中实际坐标位置的方式进行定位，因此更进一步具有垂直轴向（Z向量）的位置信息，有效解决传统仅能计算平面的缺陷。进一步改善导航定位、车队派遣与管理、人员与货物的追踪、基于位置服务与应用（LBS）、数码相机结合地理标记（Geotagging）、地理信息系统（GIS）与急难救助等相关产业的应用。

以上所述，仅为本发明优选的具体实施例，然而本发明的特征并不局限于此，任何本领域的普通技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在以下本发明的专利范围。

Claims (18)

1.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

一选取单元，用以选取与所述电子装置邻近的一第一参考点；

一储存单元，用以储存多个第二参考点的多个第二位置信息；

一处理单元，耦接于所述选取单元与所述储存单元，通过所述选取单元所选取的所述第一参考点的一第一位置信息对所述电子装置进行一单点测距，并从所述储存单元中选取所储存的所述第二位置信息提供给所述电子装置一辅助定位信息，接着利用所述单点测距的结果与所述辅助定位信息来进一步计算所述电子装置的一目标位置。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述单点测距为由所述处理单元所计算所述第一参考点与所述电子装置之间的一第一距离信息。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述辅助定位信息为由所述处理单元根据所述第一位置信息与所述第二位置信息来分别计算所述第一参考点与所述第二参考点的多个第二距离信息及所述第二位置信息。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置还通过所述处理单元来进一步分别计算所述第二参考点与所述电子装置之间的多个第三距离信息。

5.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，所述选取单元还包括射频模块、红外线模块、激光模块、超音波模块或图像获取模块。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述第一位置信息与所述第二位置信息为X,Y,Z轴所组成的三维空间坐标。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述第一参考点为3G基地台、LTE基地台、WiMAX基地台、无线电基地台、Wi-Fi装置、蓝牙装置、Zigbee装置或地标的已知空间位置来提供选取。

8.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述储存单元所储存所述第二位置信息的所述第二参考点为美国全球卫星定位系统、欧盟伽利略定位系统、俄罗斯GLONASS或中国北斗卫星导航系统的卫星位置。

9.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述处理单元将所述第一位置信息的坐标位置通过线性化技术处理的方式以及第一距离信息与第二距离信息的线性组合来计算所述电子装置的所述目标位置。

10.一种定位方法，应用于一电子装置，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：

选取与所述电子装置邻近的一第一参考点；

通过所述第一参考点的一第一位置信息以对所述电子装置进行一单点测距；

选取储存于所述电子装置中的多个第二参考点的多个第二位置信息，以对所述电子装置进行一辅助定位并提供一辅助定位信息；以及

利用所述单点测距的结果与所述辅助定位信息来进一步计算所述电子装置的一目标位置。

11.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，在通过所述第一参考点的所述第一位置信息以对所述电子装置进行所述单点测距的步骤中，所述单点测距为计算所述第一参考点与所述电子装置之间的一第一距离信息。

12.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，在利用储存于所述电子装置中的所述第二参考点的所述第二位置信息对所述电子装置进行所述辅助定位信息计算的步骤中包括：

通过所述第一位置信息与所述第二位置信息来分别计算所述第一参考点与所述第二参考点的多个第二距离信息。

13.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，在利用储存于所述电子装置中的所述第二参考点的所述第二位置信息以对所述电子装置进行所述辅助定位的步骤中还包括：

所述辅助定位分别计算所述第二参考点与所述电子装置之间的多个第三距离信息。

14.根据权利要求11所述的定位方法，其特征在于，所述第一距离信息以射频、图像测距、光测距或声音测距的方式计算获得。

15.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，所述第一位置信息与所述第二位置信息为X,Y,Z轴所组成的三维空间坐标。

16.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，在选取与所述电子装置邻近的所述第一参考点的步骤中，所述第一参考点为3G基地台、LTE基地台、WiMAX基地台、Wi-Fi装置、蓝牙装置或Zigbee装置的已知空间坐标位置的装置来提供选取。

17.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，在利用储存于所述电子装置中的所述第二参考点的所述第二位置信息对所述电子装置进行所述辅助定位的步骤当中，所述第二参考点可为美国全球卫星定位系统、欧盟伽利略定位系统、俄罗斯GLONASS或中国北斗卫星导航系统的卫星位置。

18.根据权利要求13所述的定位方法，其特征在于，在所述辅助定位分别计算所述第二参考点与所述电子装置之间的所述第三距离信息的步骤中，将所述第一参考点的坐标位置通过线性化技术处理的方式以及第一距离信息与第二距离信息的线性组合来计算所述电子装置的所述目标位置。