CN109313098A - 用于可靠绝对高度测定的自动压力传感器输出校准 - Google Patents

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Abstract

一种校准电子设备的绝对大气压力传感器输出的方法，包括：电子设备的处理器确定电子设备的位置处于已知绝对高度和室外；处理器接收来自绝对大气压力传感器的测量压力；处理器计算测量压力与参考压力之间的差值，所述参考压力通过基于相对于所述电子设备位置处的平均海平面的所述已知绝对高度来调整平均海平面压力来确定；将所述差值存储在电子设备的存储器中；并将所述差值应用于绝对大气压力传感器的输出；其中，所述确定电子设备的位置处于已知绝对高度和室外是在没有用户输入的情况下发生的。

Description

用于可靠绝对高度测定的自动压力传感器输出校准
技术领域：
本公开涉及使用大气压力传感器的电子设备的绝对高度测定。
技术背景：
可以使用以下的一个或多个来实现电子设备的定位：GNSS卫星，Wi-Fi接入点和蜂窝基站，等等。虽然可以使用GNSS在三维空间中定位室外电子设备，但室内三维定位带来了挑战。
绝对高度可由电子设备的大气压力传感器确定。根据大气压力传感器输出与平均海平面压力之间的差值计算绝对高度。由于电子设备的大气压力传感器经常未经校准，因此可能会出现确定绝对高度的较大偏差。例如，包含相似硬件的不同的电子设备相互可能产生12米的绝对高度偏差。
为了避免因未经校准的大气压力传感器而产生的偏差，一些电子设备计算相对高度，该相对高度是选定时间段或距离内的绝对高度差异。由于依赖于起始位置，相对高度的测定具有有限的应用。例如，相对高度的测定可用于确定运送电子设备的用户是向上还是向下移动但是不能确定多层建筑物中的用户楼层，除非输入起始楼层以供参考。
通过电子设备制造商来对大气压力传感器的手动校准可能会延长电子设备的生产时间和电子设备的延迟交付，这是不可取的。通过电子设备使用者来手动校准是不方便的，并且可能被视为麻烦，特别是如果在校准完成之前限制使用该电子设备。
概述：
根据本公开的一个方面，提供了一种校准电子设备的绝对大气压力传感器的输出的方法，包括：电子设备的处理器确定电子设备的位置是处于已知绝对高度和室外；处理器从绝对大气压力传感器接收测量压力；在处理器中计算该测量压力与参考压力之间的差值，该参考压力通过基于相对于所述电子设备位置处的平均海平面的所述已知绝对高度来调整平均海平面压力来确定；将该差值存储在电子设备的存储器中；并将该差值应用于绝对大气压力传感器的输出；其中，确定电子设备处于已知绝对高度和室外是在没有用户输入的情况下发生的。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：绝对大气压力传感器，用于产生指示该电子设备的绝对高度的输出；以及与运动传感器和GNSS子系统通信的处理器，用于确定该电子设备的位置处于已知绝对高度和室外；该处理器：从绝对大气压力传感器接收测量压力，计算该测量压力与参考压力之间的差值，将该差值存储在与处理器通信的电子设备的存储器中，并将该差值应用于所述绝对大气压力传感器的输出，该参考电压通过基于相对于所述电子设备位置处的平均海平面的所述已知绝对高度来调整平均海平面压力来确定。
根据本公开的另一方面，提供了一种校准电子设备的绝对大气压力传感器的输出的方法，包括：在该电子设备的处理器，当第一标准和第二标准满足阈值时间段时，确定电子设备的位置在地平面；处理器接收来自绝对大气压力传感器的测量压力；处理器计算该测量压力与参考压力之间的差值，该参考电压通过基于相对于所述电子设备位置处的平均海平面的所述已知绝对高度来调整平均海平面压力来确定；将该差值存储在电子设备的存储器中；并将该差值应用于绝对大气压力传感器的输出。
根据本公开的又一方面，提供了一种电子设备，包括：绝对大气压力传感器，用于产生指示该电子设备的绝对高度的输出；和与运动传感器和GNSS子系统通信的处理器，用于当第一标准和第二标准满足阈值时间段时，确定该电子设备的位置处于地平面，在确定电子设备的位置处于地平面之后，该处理器：从绝对水平压力和参考压力接收测量压力，将差值存储在与处理器通信的电子设备的存储器中，并将该差值应用于绝对大气压力传感器的输出，该参考电压通过基于相对于所述电子设备位置处的平均海平面的所述已知绝对高度来调整平均海平面压力来确定。
附图：
以下附图给出了示例，其中相同的附图标记表示相同的部件。本公开不限于附图中示出的实施例。
图1是用于实现本公开所述的大气压力传感器校准方法的电子设备的框图。
图2是根据一个实施例的校准大气压力传感器的方法的流程图。
图3是根据图1的电子设备的运动传感器的一个实施例的输出模式的图表。
图4是在图1的电子设备处接收的GNSS信号的信噪比(SNR)曲线图的一个实施例。
图5是根据确定用户处于地平面和室外的方法的一个实施例的流程图。
图6和7是示出分别位于地平面和建筑物中的用户传送电子设备的示意图。
详细描述：
应当理解，为了说明的简单和清楚，在认为合适的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。另外，阐述了许多具体细节以便提供对本文描述的示例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的示例。除非明确说明，否则本文描述的方法不限于特定顺序或次序。另外，一些所描述的方法或其元素可以在相同的时间点发生或执行。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法，过程和组件，以免模糊这里描述的实施例。而且，该描述不应被视为限制本文描述的实施例的范围。
参见图1，电子设备10的一个实施例，该电子设备10包括控制其整体操作的主处理器子系统16。主处理器子系统16包括处理器18，存储器20和通信接口22。主处理器子系统16的一个实施例是具有操作系统(OS)的单板计算机(SBC)。
通信接口22使得能够通过无线或有线连接与服务器30通信。服务器30可以是单个服务器或彼此通信的一组服务器。电子设备10可以附加地或替代地直接与另一电子设备通信。在一个实施例中，电子设备10通过通信接口22与车辆的导航系统通信。
电子设备10包括用于接收GNSS信号的GNSS天线28和与主处理器子系统16和GNSS天线28通信的GNSS子系统12。GNSS子系统12生成与GNSS信号对应的数字化GNSS数据，以供主处理器子系统16进一步处理。GNSS子系统12的实施例包括：能够产生本地的位置估计的独立的GNSS接收器，从另一个设备接收辅助数据以提供位置估计的辅助GNSS(A-GNSS)接收器，与在电子设备10处或者分布在一个或多个服务器30上的软件定义无线电(SoftwareDefined Radio，简称：SDR)接收器相关联的射频(RF)前端(FE)。
大气压力传感器24与主处理器子系统16通信以向其发送大气压力传感器输出。大气压力传感器24可以是能够在电子设备10的位置处输出绝对大气压力的指示的任何传感器。
运动传感器26与主处理器子系统16通信以向其发送运动传感器输出。运动传感器26可以是加速计，陀螺仪，磁力计或能够检测电子设备10的运动的其他类型的传感器。
电子设备10由电源32供电，电源32通过电源接口14与主处理器子系统16通信。在一个实施例中，电源32是一个或多个电池。在另一实施例中，电源32是安装有电子设备10的车辆的电源。
例如，电子设备10可以是智能手机，平板电脑，便携式计算机，手提电脑，活动跟踪设备，信标，路由器，机器对机器(M2M)设备或车载导航系统。电子设备10包括输出设备34，以向用户指示电子设备10的绝对高度。例如，当输送电子设备10的用户在建筑物中时，输出的绝对高度可以是高于或低于地平面的距离或楼层数。输出设备34与主处理器子系统16通信，并且可以是例如显示器，扬声器和其他输出设备中的一个或多个。电子设备10可以进一步包括与主处理器子系统16通信的输入设备36以接收用户输入。
参见图2，一种校准电子设备绝对大气压力传感器的输出的方法，包括：在40处，处理器18确定电子设备10的位置处于地平面和室外，在42处，处理器18接收来自绝对大气压力传感器24的测量压力(PSENSOR)，在44处，处理器18计算测量压力与参考压力之间的差值(PREFERENCE)，该参考压力通过基于相对于电子设备10的位置处的平均海平面的地平面高度调整平均海平面压力来确定，在46处，将差值存储在电子设备10的存储器20中，在48处，并将该差值应用到绝对大气压力传感器24的输出。
如本领域技术人员将理解的，该差值可以是与随后测量的压力相加的正值或者与随后测量的压力相加的负值。
定期更新的平均海平面压力可用于世界各地的各种气象服务提供商，例如CustomWeather Inc.和加拿大环境局。可以选定平均海平面压力更新的频率和平均海平面压力所应用的区域的粒度，以达到精度要求和数据传输负载。
相对于平均海平面的地平面高度根据电子设备10位于世界中的位置而变化。绝对高度是根据地形图确定的，地形图提供了相对于世界不同位置的平均海平面的绝对高度。地形图可以从许多不同的来源获得，包括政府机构(例如，加拿大的地形信息中心)。在线地形信息资源(例如，来自GoogleTM地图的资源)也是可用的。
根据地平面的绝对高度调节平均海平面压力，以通过本领域技术人员公知的数学方法确定PREFERENCE。在一个示例中，已经确定的地平面绝对高度被进一步调整1米，以便将电子设备定位在例如相对于用户的大致口袋水平。
在44处，在计算该差值之前，电子设备10在40处确定运送电子设备10的用户处于地平面和室外。在一个实施例中，依靠用户输入来确定电子设备10何时位于地平面和室外。例如，响应于由处理器18生成的查询或者响应于用户选择通过电子设备10的用户接口的大气压力传感器校准选项可以接收用户输入。
本文公开的其他示例方法自动确定电子设备10处于地平面和室外。可以在没有用户输入的情况下执行室外和地平面位置的自动确定，并且不会使用户意识到正在进行确定。电子设备用户可以全天进出建筑物以及地上和地下。室内用户可能处于相对于地平面的任何高度。对于户外用户也是如此。具有步态型运动的用户可能在室内或室外行进。当运输电子设备10的用户在步态运动中行进相对较长时间时，可以确定用户在室外和地平面。当第一标准和第二标准满足阈值时间段时，可以确定电子设备的位置在室外和地平面。
当来自运动传感器26的输出指示运输该设备的用户的运动对应于所选类型的运动时，满足第一标准。处理器18通过将运动传感器输出模式与已知的运动传感器输出模式匹配来确定传感器输出是否对应于所选择的运动类型。例如，当运输电子设备10的用户正在行走或跑步时，运动传感器输出模式可以对应于用户的步态。参见图3，示出了对应于步行步态的加速度计输出模式的一个实施例。其他已知的运动传感器输出模式也是可能的，例如，在骑自行车时，对应于运输在口袋中电子设备10的用户的传感器输出模式。通常，来自运动传感器26的输出可以与任何已知的运动传感器输出模式匹配，从该运动传感器输出模式可以确定电子设备10处于地平面。
当来自运动传感器26的输出指示运输设备的用户的运动对应于所选类型的运动时，满足第一标准。当来自GNSS子系统12的输出指示电子设备10的运动对应于所选择的运动类型时，可替代地满足第一标准。在该实施例中，可以依赖电子设备10在一段时间内的GNSS位置的差异来指示电子设备10的移动。当确定大约4km/h的速度时可以确定行走。类似地，当确定30km/h或更高的速度时，可以确定电子设备10例如在诸如汽车的车辆中行进。当确定指示运输模式的速度时，可以确定骑车或其他运输模式。在电子设备10与车辆的电子系统通信的实施例中，当基于例如车辆的里程表的输出确定车辆对电子设备10的运输时，也可以满足第一标准。类似于该GNSS的实施例，当确定30km/h或更高的速度时，确定电子设备10在车辆中行进。
所选择的运动类型存储在主处理器子系统16的存储器20中，并与以下中的一个或多个进行比较：运动传感器输出，基于GNSS的运动确定和基于里程计的运动确定，以便确定是否满足第一标准。根据一个实施例，可以执行使用GNSS输出确定由运动传感器输出确定的所选运动类型。在该实施例中，当传感器输出模式对应于一段时间内的所选类型的运动时，GNSS输出可用于确认在该时间段内已经行进了相应的预期距离。通过使用GNSS输出确认由运动传感器输出确定的所选运动类型，避免了由于特殊情况引起的误差，例如用户运送电子设备10在屋顶轨道周围行走或在跑步机上行走。还可以执行其他确认检查。
当在电子设备10处接收的GNSS信号的信噪比(SNR)高于阈值时，满足第二标准。如果在电子设备10处没有接收到GNSS信号，例如当电子设备10在室内时，不满足第二标准。在一个实施例中，该阈值在34dB到35dB之间。在另一个实施例中，该阈值约为34dB。参见图4，作为电子设备接收到的GNSS信号的信噪比值是随时间变化的一个实施例。
在图5中示出了确定用户运送电子设备处于地平面和室外的方法的一个实施例。在50处，启动计时器。在52处，收集指示电子设备运动的数据，例如运动传感器输出，GNSS位置数据或里程表数据，并且在56处，收集GNSS信号的SNR数据。在54处，电子设备10的处理器18通过确定所收集的数据是否对应于所选择的运动类型来确定是否已经满足第一标准。如果不是，则在50处重新开始时间并且进一步收集的运动传感器数据。在58处，电子设备10的处理器18通过确定在电子设备10处接收的GNSS信号的SNR数据是否高于阈值来确定是否已经满足第二标准。如果不是，则在50处重新开始时间，并且进一步收集GNSS信号的更多SNR数据。在60处，如果满足两个标准，则确定是否已经超过阈值时间段。如果是，则在62处确定电子设备10处于地平面水平。如果不是，则分别在52和56处继续收集指示GNSS信号的设备运动和SNR数据的数据。
为了确定电子设备10处于地平面而满足第一标准和第二标准的阈值时间段是在2到30分钟之间。在一个实施例中，该阈值时间段约为五分钟。更低或更高的阈值时间段也是可以的。
根据一个实施例，可以向校准的绝对大气压力传感器输出提供与其相关的误差指示。在该实施例中，第二标准和该阈值时间段包括误差指示，其可以被组合以指示校准的大气压力传感器输出的误差。例如，可以在图5中收集低于阈值的SNR并用于计算图2的方法中的差值。然后使用SNR低于阈值的量来产生误差的指示。然后，电子设备10输出高度±误差。可以基于满足第一和第二标准的时间来增加或减少误差。如本领域技术人员将理解的，如果时间大大超过阈值时间段，则输出更可靠。类似地，如果时间小于阈值时间段，则输出不太可靠。
本文公开的校准大气压力传感器的方法自动操作，使得电子设备10的用户可能不知道校准正在进行中。该方法可以连续地(continuously)运行，以便提高计算的差值的可靠性。在该实施例中，当计算出与其相关联的误差较小的新差值时，替换存储在电子设备10的存储器20中的大气压力传感器的当前差值(也可以称为当前偏差)。
校准大气压力传感器的方法可以由电子设备10的主处理器子系统16通过执行作为计算机可读的代码存储在存储器20中的一个或多个软件应用程序来执行。可选地，该方法可以由主处理器子系统16的专用硬件(例如，专用集成电路(ASIC)或图形处理单元(GPU))执行，例如，该方法通过硬件和软件的组合执行。可选地，该方法的部分可以在与电子设备10通信的一个或多个远程服务器处执行。
该方法可以完全在电子设备10上执行。在该实施例中，将平均海平面压力和地形图下载到电子设备10并且在本地执行计算。在另一个实施例中，平均海平面压力和地形图可以选择性地存储在服务器30处并且响应于包括电子设备10的位置的请求而被发送到电子设备10。然后可以在本地执行该方法。可选地，该方法可以响应于来自电子设备10的请求在服务器30处执行，该请求包括电子设备10的位置和从绝对大气压力传感器输出的本地测量的地平面压力。
来自大气压力传感器的校准输出用于确定电子设备10的绝对高度。图6示出了在地平面上携带电子设备10的用户。图7示出了位于建筑物4楼的用户。因为根据本文公开的方法校准了由用户携带的电子设备10的大气压力传感器24，所以当用户在建筑物中时，电子设备10能够确定用户在哪个楼层上。未校准的大气压力传感器可能导致绝对高度测定的结果距离用户的实际位置多达3层，如携带电子设备10'和10”的用户所示，其分别地显示在建筑物的1楼和7楼。
在另一实施例中，电子设备10响应于事件的发生，自动确定运送电子设备10的用户处于已知绝对高度，例如地平面和室外。例如，该事件可以是电子设备10与室外临近网络的信标之间的通信。在该实施例中，邻近网络的信标具有已知绝对高度，并且通过基于相对于电子设备的位置处的平均海平面的绝对高度调整平均海平面压力来确定参考压力(PREFERENCE)。例如，信标和电子设备10之间的通信可以在销售点交易期间或者当电子设备10从附近的信标接收信标广播时发生。
通常，可以使用自动确定运送电子设备10的用户处于已知绝对高度(例如地平面)和户外的任何方法。例如，电子设备10的精确二维GPS位置与包括建筑结构的精确地图相结合可足以提供电子设备10处于已知绝对高度和室外的确认。
如本领域技术人员将理解的，室外可包括有遮盖的室外位置，与打开的窗户相邻的室内位置或大气压力传感器能够指示室外压力的其他室内型位置。
这里描述的方法补偿了电子设备10的大气压力传感器输出的可变性。通过校准大气压力传感器输出，电子设备的绝对高度确定更可能是准确的。大气压力传感器输出的自动校准是方便的，因为校准是在没有来自用户的输入的情况下发生。此外，它提高了来自于电子设备10的大气压力传感器输出的可靠性，因为避免了例如由于用户忘记启动校准而导致的非校准。
本文公开的方法是全球适用的。可以在世界上任何可获得当前平均海平面压力和地形图信息的位置处执行校准。此外，使用校准的大气压力传感器输出确定的高度是绝对高度。因此，由电子设备10确定的高度可以与其他定位系统组合，以在室内和室外三维空间中提供电子设备10的位置。
这里已经示出并描述了具体示例。然而，本领域技术人员可以想到修改和变化。认为所有这些修改和变化都在本公开的范围和范围内。

Claims (20)

1.一种校准电子设备绝对大气压力传感器输出的方法，其特征在于，包括：
电子设备的处理器确定所述电子设备的位置处于已知绝对高度和室外；
所述处理器接收来自绝对大气压力传感器的测量压力；
所述处理器计算所述测量压力与参考压力之间的差值，所述参考压力通过基于相对于所述电子设备位置处的平均海平面的所述已知绝对高度来调整平均海平面压力来确定；
将所述差值存储在所述电子设备的存储器中；和
将所述差值应用于绝对大气压力传感器的输出；
其中，所述电子设备的位置处于已知绝对高度和室外是在没有用户输入的情况下确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定电子设备的位置处于已知绝对高度和室外响应于事件而发生。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述事件是与邻近网络的信标通信，所述信标位于所述已知绝对高度和室外。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已知绝对高度是地平面，并且当第一标准和第二标准满足阈值时间段时，确定所述电子设备的位置处于地平面和室外。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一标准是与所选择的运动类型相对应的运动传感器数据，所述所选择的运动类型包括运送所述电子设备的用户的步行或跑步。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一标准是指示所述电子设备的行进速度的GNSS输出。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二标准是在所述电子设备处接收的GNSS信号的信噪比(SNR)高于阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已知绝对高度为地平面并且确定所述电子设备的位置处于地平面和室外包括：
所述电子设备的处理器接收该电子设备的运动传感器数据，该运动传感器数据指示用户在阈值时间段内的所选择的运动类型；和
与所述处理器通信的所述电子设备的GNSS子系统接收GNSS信号，并且确定该GNSS信号的信噪比(SNR)在所述阈值时间段期间高于一个阈值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述所选择的运动类型是运送电子设备的用户的步行或跑步。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述阈值时间段在2分钟到30分钟之间。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述阈值时间段是大约5分钟。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述阈值约为34dB。
13.一种非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述非暂时性计算机可读介质上存储有计算机可读代码，所述计算机可读代码由所述电子设备的至少一个处理器执行以执行权利要求1所述的方法。
14.一种电子设备，包括：
绝对大气压力传感器，用于产生指示所述电子设备的绝对高度的输出；和
处理器，与运动传感器和GNSS子系统通信以确定所述电子设备的位置处于已知绝对高度和室外，所述处理器：从所述绝对大气压力传感器接收测量的压力，计算所述测量的压力和参考压力之间的差值，将所述差值存储在与所述处理器通信的所述电子设备的存储器中，并将所述差值应用于所述绝对大气压力传感器的输出，所述参考压力通过基于所述已知绝对高度相对于所述电子设备位置处的平均海平面调整平均海平面压力来确定。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述已知绝对高度是地平面，并且当第一标准和第二标准满足阈值时间段时，所述电子设备的位置被确定为在地平面和室外。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述第一标准是与所选择的运动类型相对应的运动传感器数据，所述所选择的运动类型包括运输所述电子设备的用户的步行或跑步。
17.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述第一标准是指示所述电子设备的行进速度的GNSS输出。
18.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述第二标准是在所述电子设备处接收的GNSS信号的信噪比(SNR)高于阈值。
19.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述阈值时间段是大约5分钟。
20.根据权利要求18所述的电子设备，其特征在于，所述阈值约为34dB。
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