CN112180415A - 定位装置及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种定位装置及可穿戴设备，所述定位装置包括：天线，用于接收卫星信号；传感器，用于采集所述可穿戴设备的姿态信息的相关参数；控制器，分别与所述天线和所述传感器电连接，用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息，和根据所述姿态信息确定所述天线的波束方向，并控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星，以及获取所述天线接收的卫星信号并根据所述卫星信号确定所述可穿戴设备的位置；其中，所述波束方向为接收信号的方向。因此控制器能够实时控制天线的波束方向朝向卫星，能够稳定的接收强度很高的卫星信号，进而据此确定的位置信息非常准确且连续。

Description

定位装置及可穿戴设备

技术领域

本公开涉及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种定位装置及可穿戴设备。

背景技术

随着生活水平的提高和科学技术的进步，人们生活中的可穿戴设备越来越多，种类和功能也越来越丰富。带GNSS定位功能的可穿戴设备在市场上受到热烈欢迎，其靠内部的GNSS天线接收定位卫星的信号进行定位。但由于目前的可穿戴设备内的GNSS天线无法稳定接收卫星信号，因此可穿戴设备的定位准确度较低。

发明内容

本公开提供一种定位装置及可穿戴设备。

具体地，本公开是通过如下技术方案实现的：

第一方面，提供一种定位装置，应用于可穿戴设备，所述定位装置包括：

天线，用于接收卫星信号；

传感器，用于采集所述可穿戴设备的姿态信息的相关参数；

控制器，分别与所述天线和所述传感器电连接，用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息，和根据所述姿态信息确定所述天线的波束方向，并控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星，以及获取所述天线接收的卫星信号并根据所述卫星信号确定所述可穿戴设备的位置；

其中，所述波束方向为接收信号的方向。

在一个实施例中，所述传感器为加速度传感器和陀螺仪传感器组成的六轴传感器；

所述控制器用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息时，具体用于：

获取所述加速度传感器和所述陀螺仪传感器采集到的参数；

根据所述加速度传感器采集到的参数和所述陀螺仪传感器采集到的参数确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。

在一个实施例中，所述传感器为加速度传感器、陀螺仪传感器和地磁传感器组成的九轴传感器；

所述控制器用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息时，具体用于：

获取所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和所述地磁传感器采集到的参数；

根据所述加速度传感器采集到的参数、所述陀螺仪传感器采集到的参数和所述地磁传感器采集到的参数确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。

在一个实施例中，所述控制器用于根据所述姿态信息确定天线的波束方向时，具体用于：

获取预存的姿态信息与波束方向的映射关系，其中，所述映射关系包括每种波束方向对应的俯仰角范围以及方位角范围；

根据获取到的俯仰角、方位角以及所述映射关系确定天线的波束方向。

在一个实施例中，所述天线包括至少两个子天线和分别与每个子天线连接的开关电路，其中，所述开关电路与所述控制器电连接；

所述控制器用于控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星时，具体用于：

根据所述波束方向确定所述至少两个子天线中的至少一个子天线为接收子天线，其中，所述接收子天线的波束方向朝向卫星；

控制开关电路将所述接收子天线接通至所述控制器。

在一个实施例中，所述控制器用于获取天线接收到的卫星信号，包括：

通过所述开关电路获取所述接收子天线接收到的卫星信号。

在一个实施例中，所述天线包括至少两个天线阵元、至少两个移相器和合路器，其中，每个天线阵元均通过一个所述移相器与所述合路器电连接，所述合路器与所述控制器电连接；

所述控制器用于控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星时，具体用于：

根据所述波束方向确定每个天线阵元的接收相位；

控制每个移相器调节对应的天线阵元的馈电相位至对应的接收相位。

在一个实施例中，所述控制器用于获取天线接收到的卫星信号，包括：

控制所述合路器通过每个移相器获取对应天线阵元接收到的卫星信号；

控制所述合路器将获取到的全部卫星信号进行合路后形成合路信号；

获取所述合路信号。

第二方面，提供一种可穿戴设备，包括第一方面任一项所述的定位装置。

在一个实施例中，所述可穿戴设备包括：智能手表、智能手环或智能耳机。

本说明书的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例中的定位装置，传感器能够采集可穿戴设备的姿态信息的相关参数，天线能够接收卫星信号，且控制器能够获取传感器采集的参数并据此控制天线的波束方向，还能够获取天线接收的卫星信号并据此定位。因此控制器能够实时控制天线的波束方向朝向卫星，能够稳定的接收强度很高的卫星信号，进而据此确定的位置信息非常准确且连续。

附图说明

图1是本公开一示例性实施例示出的定位装置的结构示意图；

图2是本公开一示例性实施例示出的俯仰角和方位角的示意图；

图3A至图3C是本公开一示例性实施例示出的可穿戴设备的三个姿态的示意图；

图4A和图4B是本公开一示例性实施例示出的可穿戴设备的硬件示意图；

图5A至图5C是本公开一示例性实施例示出的可穿戴设备在三个姿态下天线调节波束方向后的增益方向图；

图6是本公开一示例性实施例示出的定位方法的判断流程图；

图7A和图7B是本公开另一示例性实施例示出的可穿戴设备的硬件示意图；

图8A至图8C本公开另一示例性实施例示出的可穿戴设备在三个姿态下天线调节波束方向后的增益方向图；

图9是本公开另一示例性实施例示出的定位方法的判断流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

随着生活水平的提高和科学技术的进步，人们生活中的可穿戴设备越来越多，种类和功能也越来越丰富。带GNSS定位功能的可穿戴设备在市场上受到热烈欢迎，其靠内部的GNSS天线接收定位卫星的信号进行定位。但由于目前的可穿戴设备内的GNSS天线无法稳定接收卫星信号，因此可穿戴设备的定位准确度较低。

相关技术中，可穿戴设备的GNSS天线为单天线，波束方向固定，用户实际使用时，可穿戴设备会随着用户一起摆动，造成设备上的天线波束无法持续稳定覆盖GNSS所在天空，甚至出现盲区，导致天线接收的信号强度一直剧烈变化，进而导致GNSS定位芯片获取卫星信号时等待时间长或GNSS定位芯片连续定位时信号质量不稳定，最终影响可穿戴设备定位精度，甚至造成无法定位。

相关技术中，由于GNSS天线的波束固定，为了减小手臂摆动时天线的覆盖盲区，通常要求天线波束尽可能全向，也即方向性系数尽可能小。而天线增益Gain＝D*η，其中D为天线的方向性系数，η为天线效率，因此在天线效率不变的情况下，方向性系数与增益成正比，因此减小方向性系数的措施会导致天线增益较小，天线接收到的信号强度偏弱。

基于此，请参照附图1，本公开提供了一种应用于可穿戴设备的定位装置，所述定位装置包括：天线101，用于接收卫星信号；传感器102，用于采集可穿戴设备的姿态信息的相关参数；控制器103，分别与所述天线101和所述传感器102电连接，用于获取所述传感器102采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息，和根据所述姿态信息确定所述天线101的波束方向，并控制所述天线101调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星，以及获取所述天线101接收的卫星信号并根据所述卫星信号确定所述可穿戴设备的位置；其中，所述波束方向为接收信号的方向。

其中，可穿戴设备可以为智能手环和智能手表等，其包括可穿戴设备主体，也就是智能手环的外壳或智能手表的表盘，传感器和天线以及其他硬件均集成于可穿戴设备主体内，且在可穿戴设备主体内的位置固定，也就是说，当可穿戴设备主体(随人体)运动时，设置在其内的硬件设备也随之运动，因此其中的传感器能够采集其运动的相关参数，天线的波束方向也会随之发生变化。传感器为运动传感器，其采集的参数为用于表征可穿戴设备运动状态以及姿态信息的参数。天线的波束方向可调，也就是天线能够从可穿戴设备主体的各个方向接收信号，例如可穿戴设备为智能手表时，天线的波束方向可以为表盘的360°周向中任何一个角度，也可以为垂直表盘向上的方向或垂直表盘向下的方向，或任一角度与垂直表盘向上所结合的方向以及任一角度与垂直表盘向下所结合的方向，也就是说，天线能够从表盘的各个方向接收信号。可穿戴设备除可穿戴设备主体之外，还包括表带，表带将可穿戴设备主体佩戴于人体上，或者说将可穿戴设备主体固定连接在人体上。

其中，传感器可以实时采集相关参数，也可以按照一定频率采集相关参数，且采集到参数被控制器实时获取。控制器能够按照预设的算法对传感器采集的参数进行处理，并得到可穿戴设备的姿态信息，其中的姿态信息为可穿戴设备主体的俯仰角和方位角，控制器内预存或预定义多个姿态，每个姿态对应一定的俯仰角范围和方位角范围，当可穿戴设备主体的俯仰角和方位角均从一个姿态的对应范围切换到另一个姿态的对应范围时，可穿戴设备主体从一个姿态切换至另一个姿态。具体的，可以参照如图2所示出的用户所在的坐标系，其中Z轴可以为竖直方向，可穿戴设备与Z轴的夹角theta可以用来表示俯仰角，其中的X轴和Y轴中的一个可以表示东西向，另一个可以表示南北向，通过与X轴、Y轴以及夹角phi来表示方位角。为防止可穿戴设备在小幅度范围内连续摆动而导致其在两个姿态间不断波动，控制器在判断姿态时，可以选择双阈值的方式，也就是当俯仰角和/或方位角连续跨越两个阈值(或者说跨越一个阈值区间)时，姿态才会发生切换。

在一个示例中，可穿戴设备共存在有限种姿态。可穿戴设备的所有状态都划分为预设的有限个姿态，也就是每个姿态对应于一个俯仰角范围以及一个方位角范围，只要存在一个俯仰角和方位角的组合，这个组合就能够唯一对应于上述有限个姿态中的一个。如上文中所提到的，为防止可穿戴设备在小幅度范围内连续摆动而导致其在两个姿态间不断波动，控制器在判断姿态时，可以选择双阈值的方式，也就是当俯仰角和/或方位角连续跨越两个阈值(或者说跨越一个阈值区间)时，姿态才会发生切换。例如，可穿戴设备共存在三种姿态，即如附图3A、附图3B和附图3C所示出的三个姿态，其中，如附图3A所示，为用户手腕平放时的姿态，例如用户看表或骑行时可穿戴设备所处的姿态；如附图3B所示，为用户手腕侧放时的姿态，例如用户跑步时可穿戴设备所处的姿态；如附图3C所示，为用户手腕竖放时的姿态，例如用户步行或自然站立时可穿戴设备所处的姿态。三种以上的有限种姿态划分，包括如附图3A、附图3B和附图3C所示出的三个姿态，同时也包括其他姿态，即在上述三种姿态之间的状态划分出更进一步的姿态。本示例中提到的姿态的划分结果，也就是俯仰角和方位角范围与姿态的对应关系均存储于控制器内，因此控制器只要获取到传感器的参数并通过运算得到俯仰角和方位角后，就能够同时确定对应的姿态。

在另一个示例中，可穿戴设备存在无限种姿态，可穿戴设备的所有状态被无限划分，只要存在一个俯仰角和方位角的组合，这个组合就能够对应于一个姿态。例如，可以存在一个三维坐标轴中的曲线，当三维坐标轴中的两个坐标轴的值确定(即确定俯仰角和方位角确定)，则可确定姿态(此时的姿态可以用一个姿态系数来表示)。本示例中提到的姿态的划分结果，也就是俯仰角和方位角范围与姿态的对应关系(例如提到的曲线)存储于控制器内，因此控制器只要获取到传感器的参数并通过运算得到俯仰角和方位角后，就能够同时确定对应的姿态。

其中，在确定可穿戴设备主体的姿态信息后，首先根据姿态信息确定出可穿戴设备主体朝向天空的位置，也就是确定可穿戴设备主体的哪部分朝向天空，例如可穿戴设备主体的顶端朝向天空，然后将天线的波束方向确定为与上述位置对应的方向，例如确定为顶端向内的方向，也就是天线从顶端接收信号，信号穿过顶端后被天线接收。

之所以确定波束方向为朝向天空的方向是因为用于定位的卫星在天空中，天线接收信号的方向朝向卫星，能够保证接收到的卫星信号强度高且稳定。上述确定波束方向的过程也是控制器完成的，而且控制器在确定完波束方向后还会控制天线调节波束方向。控制器确定波束方向的具体方式以及天线调节波束方向的方式下文均有详细的介绍，这里暂不做赘述。

其中的天线的波束方向已经调节为朝向天空中的卫星，此时天线能够持续获取稳定的卫星信号。因此控制器获取天线采集到的卫星信号，由于此时的卫星信号稳定且强度高，因此能够根据卫星信号确定可穿戴设备的位置，而且是持续确定，可以完成对可穿戴设备的位置的跟踪。

本实施例提供的定位装置，由于通过传感器实时采集的参数确定可穿戴设备的姿态信息，又实时根据可穿戴设备的姿态信息控制天线的波束方向，因此天线的波束方向始终朝向卫星，能够稳定的接收强度很高的卫星信号，进而据此确定的位置信息非常准确且连续；而且，由于没有减小方向性系数，因此不会导致天线增益减小，天线接收到的信号强度不会变弱。

在本公开的一些实施例中，所述传感器为加速度传感器和陀螺仪传感器组成的六轴传感器；所述控制器用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息时，具体用于：获取所述加速度传感器和所述陀螺仪传感器采集到的参数；根据所述加速度传感器采集到的参数和所述陀螺仪传感器采集到的参数确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。

其中，加速度传感器具有三个两两垂直的坐标轴，每个坐标轴上均采集相关参数，陀螺仪传感器具有三个两两垂直的坐标轴，每个坐标轴上均采集相关参数；上述两个传感器可以独立设置，也可以为集成于一体的六轴传感器。

其中，控制器获取传感器采集的参数，也就是获取所述加速度传感器和所述陀螺仪传感器六个坐标轴所采集到的参数，获取到参数后，控制器利用预设的算法根据上述六个坐标轴所采集到的参数确定可穿戴设备的姿态信息，即确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。控制器不仅获取各个传感器的参数，而且通过合适的算法将各个传感器的各个坐标轴的参数进行融合，弥补了单个传感器在确定位置和方向等姿态信息时的不准确，提高了姿态信息的确定精度。

在本公开的一些实施例中，所述传感器为加速度传感器、陀螺仪传感器和地磁传感器组成的九轴传感器；所述控制器用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息时，具体用于：获取所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和所述地磁传感器采集到的参数；根据所述加速度传感器采集到的参数、所述陀螺仪传感器采集到的参数和所述地磁传感器采集到的参数确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。

其中，加速度传感器具有三个两两垂直的坐标轴，每个坐标轴上均采集相关参数，陀螺仪传感器具有三个两两垂直的坐标轴，每个坐标轴上均采集相关参数；地磁传感器(即电子罗盘)具有三个两两垂直的坐标轴，每个坐标轴上均采集相关参数；加速度传感器、陀螺仪传感器和地磁传感器可以是独立设置的三个传感器，也可以是集成于一体的九轴传感器。

其中，控制器获取传感器采集的参数，也就是获取所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和地磁传感器的九个坐标轴所采集到的参数，获取到参数后，控制器利用预设的算法根据上述九个坐标轴所采集到的参数确定可穿戴设备的姿态信息，即确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。九轴传感器较之六轴传感器增加了地磁传感器，地磁传感器可以测量地球磁场，通过绝对指向功能对六轴传感器确定的姿态信息进行修正补偿，有效解决累计偏差，提高确定的姿态信息的准确性。

在本公开的一些实施例中，所述控制器用于根据所述姿态信息确定天线的波束方向时，具体用于：获取预存的姿态信息与波束方向的映射关系，其中，所述映射关系包括每种波束方向对应的俯仰角范围以及方位角范围；根据获取到的俯仰角、方位角以及所述映射关系确定天线的波束方向。

其中，预存姿态信息与波束方向的映射关系，也就是将可穿戴设备主体的全方位角度进行划分，按照需要划分为多个波束方向，每个波束方向包括一定范围的角度；每个波束方向对应可穿戴设备主体的一个姿态，处于该姿态时，对应的波束方向朝向天空，且此时可穿戴设备主体的对应位置朝向天空，例如顶端朝向天空，此时可穿戴设备主体的姿态可用一定的俯仰角范围以及方位角范围进行表征。因此当俯仰角和方位角确定后，对应的波束方向便可以唯一确定。上述映射关系可以直接存储在控制器内，或单独存储于寄存器内。控制器确定波束方向就是在上述划分结果中的各个波束方向中进行选择，因此需要首先获取到各个波束方向对应的俯仰角和方位角，以便再根据俯仰角和方位角选择对应的波束方向。

在一个示例中，对应于前文中有限个姿态的示例，可穿戴设备主体的全方位角度被划分为有限个波束方向，例如划分为三个波束方向，三个波束方向分别对应于附图3A、附图3B和附图3C所示出的三个姿态，此时与姿态对应的俯仰角范围以及方位角范围和与姿态对应的波束方向相对应。

在另一个示例中，对应于前文中的无限个姿态的示例，可穿戴设备主体的全方位角度被无限划分，即划分为无限个波束方向，也就是无限个姿态中的任一个姿态均对应于一个波束方向，此时与姿态对应的俯仰角范围以及方位角范围和与姿态对应的波束方向相对应。

其中，在确定波束方向时，可以先利用俯仰角和方位角中的一个进行选择，缩小待选范围，然后再利用另一个最终确定对应的波束方向。

通过本实施例中确定波束方向的方式，能够通过姿态信息中的俯仰角和方位角，将天线的波束方向与可穿戴设备主体的姿态进行实时匹配，为后续波束方向的调节提供指导，保证波束方向始终指向天空，即指向卫星。

请参照附图4A和4B，在本公开的一些实施例中，所述天线包括至少两个子天线201(图4A和4B中以第一天线4011和第二天线4012为例)和分别与每个子天线401连接的开关电路402，其中，所述开关电路402与所述控制器403电连接。

其中，至少两个子天线401组成一个用来接收GNSS信号的天线组，其工作频段可以支持GPS、Glonass、Galileo、北斗等GNSS导航系统中的一种、两种或多种，而且每个子天线401的波束方向均不同。开关电路402与控制器403电连接，其中控制器403包括波束控制模块4031和定位模块4032，开关电路402用于根据所述波束控制模块4031的控制指令连接所述至少两个子天线401中的至少一个子天线401至定位模块4032，以调节所述天线的波束方向。不同的子天线401或天线组合与定位模块4032连接时，天线的波束方向便不同，具体的，单独一个子天线401连接至定位模块4032时，天线的波束方向即为该子天线401的波束方向，多个子天线401连接定位模块4032时，天线的波束方向即为多个子天线401的波束方向的并集。具体的，开关电路402(switch)可以根据子天线401的个数进行匹配和选择，例如包括两个子天线401时，可以选择双刀双掷开关，其可以将任一个子天线401单独连接至定位模块4032，也可以将两个子天线401同时连接至定位模块4032；定位模块4032可以根据天线支持的频段进行选择，例如天线支持北斗系统的频段，则定位模块4032应选择北斗芯片，天线支持GPS系统的频段，则定位模块4032应选择GPS芯片；控制器403还包括姿态获取模块(图中未示出)，传感器404也与控制器403电连接，以便姿态获取模块获取传感器404采集的参数。

基于上述天线的结构，所述控制器用于控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星时，具体用于：根据所述波束方向确定所述至少两个子天线中的至少一个子天线为接收子天线，其中，所述接收子天线的波束方向朝向卫星；控制开关电路将所述接收子天线接通至所述控制器。

其中，天线的各个子天线分别对应于可穿戴设备主体的不同位置，也就是各个子天线的波束方向分别对应于可穿戴设备主体的方向或角度。控制器分别比较每个单独的子天线的波束方向与确定的波束方向，以及分别比较每个子天线组合的波束方向与确定的波束方向，并在能够包含确定的波束方向的子天线或子天线组合中，选择波束范围最大的子天线作为接收子天线或子天线个数最少的子天线组合中的各个子天线作为接收子天线。由于所确定的波束方向是朝向卫星的，基于此所对应确定的接收子天线的波束方向也朝向卫星。

如附图4A和附图4B所示出的天线能够提供有限个波束方向，因此其与前文中的有限个波束方向的示例相对应，也就是每种子天线或子天线组合均唯一对应于有限个波束方向中的一个。

在一个示例中，天线包括两个子天线，即如附图4A和4B所示出的可穿戴设备主体顶端的第一子天线4011和可穿戴设备主体左侧的第二子天线4012，因此其能够提供三种波束方向，也就是两个子天线均与定位模块连接时的第一波束方向，该波束方向与如附图3A所示的姿态相对应，第一子天线4011单独与定位模块连接时的第二波束方向，该波束方向与如附图3B所示的姿态相对应，第二子天线4012单独与定位模块连接时的第三波束方向，该波束方向与如附图3C所示的姿态相对应。

其中，控制器的波束控制模块控制开关电路将确定的接收子天线连接至定位模块，由于这些子天线的波束方向朝向卫星，因此能够实时接收卫星信号，定位模块也能够通过开关电路获取到这些子天线接收到的卫星信号，从而保证了卫星信号的强度稳定维持在较高的水平。

在一个示例中，首先需要比较确定的接收子天线和当前与定位模块连接的子天线是否一致，也就是确定是否需要切换天线的工作状态，如果接收子天线和当前与定位模块连接的子天线一致，则保持天线当前状态，并等待下一次传感器采集的参数，也就是进入下一个控制周期；如果接收子天线和当前与定位模块连接的子天线不一致，则需要控制开关电路切换天线的工作状态。

本实施例的上述调节波束方向的方式，能够通过开关电路选择尽量少的子天线连接至定位模块，并保证所选择的子天线能够提供确定的波束方向，而且通过切换不同的子天线连接至定位模块以调节天线的波束方向，调节方式简单可靠，响应速度快，控制器的运算负荷小，准确率高。具体的增益效果可以参照附图5A、5B和5C所示出的天线的增益方向图(天线包括三个波束方向，分别对应于上述三个附图，或天线包括至少四个波束方向，其中选择三个波束方向，分别对应于上述三个附图)，其中，附图5A所示出的增益方向图为可穿戴设备处于如图3A所示出的姿态时，按照本实施例所提供的方式确定姿态和波束方向，并按照上述方式调节天线的波束方向后天线的增益方向图，附图5B所示出的增益方向图为可穿戴设备处于如图3B所示出的姿态时，按照本实施例的方式确定姿态和波束方向，并按照上述方式调节天线的波束方向后天线的增益方向图，附图5C所示出的增益方向图为可穿戴设备处于如图3C所示出的姿态时，按照本实施例的方式确定姿态和波束方向，并按照上述方式调节天线的波束方向后天线的增益方向图；其中的两条封闭曲线分别为附图2中所示的坐标系内的XOZ面和YOZ面内的增益方向图，可以看出，在两个平面内，天线在朝向天空的方向(Z轴正方向)增益效果最好，说明经过上述方式调节天线的波束方向后，天线能够获取强度稳定且较高的卫星信号。

上述调节波束方向的方式是与附图4A、附图4B所示出的天线的结构相匹配的。同时定位模块获取天线接收到的卫星信号的方式也需要与附图4A、附图4B所示出的天线的结构相匹配，具体的，定位模块通过所述开关电路获取所述接收子天线接收到的卫星信号。定位模块通过开关电路获取能够获取到所有子天线接收到的卫星信号，由于只有与确定的波束方向相匹配的子天线与开关电路连通，因此只获取这些子天线所接收到的卫星信号，即降低了定位模块的运算负荷，又保证了信号的准确和稳定，进而提高了定位的准确性。

请参照附图6，其示出了定位装置进行定位的一个完整的判断流程图，其基于附图4A和附图4B所示出的天线的结构，包括两个子天线，而且采用六轴传感器采集参数，并以主控MCU作为波束控制模块，且采用北斗芯片作为定位模块。

请参照附图7A和7B，在本公开的一些实施例中，所述天线包括至少两个天线阵元701、至少两个移相器702和合路器703，其中，每个天线阵元701均通过一个所述移相器702与所述合路器703电连接，所述合路器703与所述控制器704电连接。其中，至少两个天线阵元701组成一个用来接收GNSS信号的天线阵列，其工作频段可以支持GPS、Glonass、Galileo、北斗等GNSS导航系统中的至少一种；移相器702可以为移相ic，也可以是pcb形式的移相网络，合路器703可以是独立器件，也可以是pcb合路网络。每个天线阵元701均通过一个所述移相器702与所述合路器703电连接，所述合路器703与控制器704电连接，控制器704包括波束控制模块7041和定位模块7042，每个移相器702均用于根据波束控制模块7041的控制指令调节对应天线阵元701的馈电相位，以调节所述天线的波束方向。由于定位模块7042通过合路器703获取每个天线阵元701接收到的信号，因此任何一个天线阵元701的馈电相位发生变化，都能引起整个天线的波束方向的变化，而且天线7的波束方向确定后，可以通过运算得到每个天线阵元701的馈电相位，通过移相器702对天线阵元701的馈电相位进行调节，能够实现天线的波束方向的微调节，其调节精度较之通过开关电路调节更高。其中，控制器704还包括姿态获取模块(图中未示出)，传感器705与控制器704电连接，以便于姿态获取模块获取传感器705采集的参数，定位模块7042可以根据天线支持的频段进行选择，例如天线支持北斗系统的频段，则定位模块7042应选择北斗芯片，天线支持GPS系统的频段，则定位模块7042应选择GPS芯片。

基于上述天线的，所述控制器用于控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星时，具体用于：根据所述波束方向确定每个天线阵元的接收相位；控制每个移相器调节对应的天线阵元的馈电相位至对应的接收相位。

其中，控制器内预存波束方向与每个天线阵元的馈电相位的对应关系，通过获取上述对应关系并从中查找到确定的波束方向，则可对应确定每个天线阵元的馈电相位为此时的接收相位；其中上述对应关系可以存储于控制器的波束控制模块内，也可存储于单独的寄存模块内。

如附图7A、7B所示出的天线能够提供无限个波束方向，因此其与前文中的无限个波束方向的示例相对应，也就是任何一个天线阵元的馈电相位发生变化，天线波束方向均会发生变化。

其中，控制器的波束控制模块控制每个移相器调节对应的天线阵元的馈电相位，以使每个天线阵元的馈电相位都达到确定的接收相位，从而使每个天线阵元按照各自的馈电相位去接收卫星信号，此时的天线的波束方向为确定的波束方向。通过移相器对天线阵元的馈电相位进行调节，能够实现天线的波束方向的微调节，其调节精度较之通过开关电路调节更高。

在一个示例中，首先需要比较确定的每个天线阵元的接收相位与当前每个天线阵元的馈电相位是否一致，也就是确定是否需要切换天线的工作状态，如果当前每个天线阵元的馈电相位均对应处于确定的每个天线阵元的接收相位，则保持天线当前状态，并等待下一次传感器采集的参数，也就是进入下一个控制周期；如果当前存在至少一个天线阵元的馈电相位未对应处于确定的的接收相位，则需要控制移相器切换天线的工作状态。

本实施例的上述调节波束方向的方式，能够通过移相器将每个天线阵元的馈电相位调节至与确定的波束方向对应的接收相位，而且调节的精度高，能够适应更加细化的波束方向。具体的增益效果可以参照附图8A、8B和8C所示出的天线的增益方向图(从天线的无限个波束方向中选择三个，分别对应于上述三个附图，而且三个波束方向分别对应于附图3A、附图3B和附图3C所示出的三个姿态)，其中，附图8A所示出的增益方向图为可穿戴设备处于如图3A所示出的姿态时，按照本实施例所提供的方式确定姿态和波束方向，并按照上述方式调节天线的波束方向后天线的增益方向图，附图8B所示出的增益方向图为可穿戴设备处于如图3B所示出的姿态时，按照本实施例所提供的方式确定姿态和波束方向，并按照上述方式调节天线的波束方向后天线的增益方向图，附图8C所示出的增益方向图为可穿戴设备处于如图3C所示出的姿态时，按照本实施例所提供的方式确定姿态和波束方向，并按照上述方式调节天线的波束方向后天线的增益方向图；其中的两条封闭曲线分别为附图2中所示的坐标系内的XOZ面和YOZ面内的增益方向图，可以看出，在两个平面内，天线在朝向天空的方向(Z轴正方向)增益效果最好，说明经过上述方式调节天线的波束方向后，天线能够获取强度稳定且较高的卫星信号。

上述调节波束方向的方式是与附图7A、附图7B所示出的天线的结构相匹配的。同时定位模块获取天线接收到的卫星信号的方式也需要与附图7A、附图7B所示出的天线的结构相匹配，具体的，首先，控制所述合路器通过每个移相器获取对应天线阵元接收到的卫星信号；接下来，所述合路器将获取到的全部卫星信号进行合路后形成合路信号；最后，控制器的定位模块获取所述合路信号。通过合路器能够将各个天线阵元接收到的卫星信号进行合路，以供定位模块进行定位，避免定位模块直接获取过多信号后无法进行定位。

请参照附图9，其示出了定位装置进行定位的一个完整的判断流程图，其基于附图7A和附图7B所示出的天线的结构，包括两个天线阵元，而且采用九轴传感器采集参数，并以主控MCU作为控制器的波束控制模块，且采用GPS芯片作为控制器的定位模块。

第二方面，提供一种可穿戴设备，包括第一方面中任一项所述的定位装置。

其中，所述可穿戴设备包括：智能手表、智能手环或智能耳机。

本说明书中描述的主题及功能操作的实施例可以在以下中实现：数字电子电路、有形体现的计算机软件或固件、包括本说明书中公开的结构及其结构性等同物的计算机硬件、或者它们中的一个或多个的组合。本说明书中描述的主题的实施例可以实现为一个或多个计算机程序，即编码在有形非暂时性程序载体上以被数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令中的一个或多个模块。可替代地或附加地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如机器生成的电、光或电磁信号，该信号被生成以将信息编码并传输到合适的接收机装置以由数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或它们中的一个或多个的组合。

本说明书中描述的处理及逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程计算机执行，以通过根据输入数据进行操作并生成输出来执行相应的功能。所述处理及逻辑流程还可以由专用逻辑电路—例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)来执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路。

适合用于执行计算机程序的计算机包括，例如通用和/或专用微处理器，或任何其他类型的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。计算机的基本组件包括用于实施或执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘等，或者计算机将可操作地与此大容量存储设备耦接以从其接收数据或向其传送数据，抑或两种情况兼而有之。然而，计算机不是必须具有这样的设备。此外，计算机可以嵌入在另一设备中，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏操纵台、全球定位系统(GPS)接收机、或例如通用串行总线(USB)闪存驱动器的便携式存储设备，仅举几例。

适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、媒介和存储器设备，例如包括半导体存储器设备(例如EPROM、EEPROM和闪存设备)、磁盘(例如内部硬盘或可移动盘)、磁光盘以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。

虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。

由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种定位装置，其特征在于，应用于可穿戴设备，所述定位装置包括：

天线，用于接收卫星信号；

传感器，用于采集所述可穿戴设备的姿态信息的相关参数；

控制器，分别与所述天线和所述传感器电连接，用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息，和根据所述姿态信息确定所述天线的波束方向，并控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星，以及获取所述天线接收的卫星信号并根据所述卫星信号确定所述可穿戴设备的位置；

其中，所述波束方向为接收信号的方向。

2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述传感器为加速度传感器和陀螺仪传感器组成的六轴传感器；

所述控制器用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息时，具体用于：

获取所述加速度传感器和所述陀螺仪传感器采集到的参数；

根据所述加速度传感器采集到的参数和所述陀螺仪传感器采集到的参数确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。

3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述传感器为加速度传感器、陀螺仪传感器和地磁传感器组成的九轴传感器；

所述控制器用于获取所述传感器采集的参数，并根据所述参数确定所述可穿戴设备的姿态信息时，具体用于：

获取所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和所述地磁传感器采集到的参数；

根据所述加速度传感器采集到的参数、所述陀螺仪传感器采集到的参数和所述地磁传感器采集到的参数确定可穿戴设备的俯仰角和方位角。

4.根据权利要求2或3所述的定位装置，其特征在于，所述控制器用于根据所述姿态信息确定天线的波束方向时，具体用于：

获取预存的姿态信息与波束方向的映射关系，其中，所述映射关系包括每种波束方向对应的俯仰角范围以及方位角范围；

根据获取到的俯仰角、方位角以及所述映射关系确定天线的波束方向。

5.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述天线包括至少两个子天线和分别与每个子天线连接的开关电路，其中，所述开关电路与所述控制器电连接；

所述控制器用于控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星时，具体用于：

根据所述波束方向确定所述至少两个子天线中的至少一个子天线为接收子天线，其中，所述接收子天线的波束方向朝向卫星；

控制开关电路将所述接收子天线接通至所述控制器。

6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述控制器用于获取天线接收到的卫星信号，包括：

通过所述开关电路获取所述接收子天线接收到的卫星信号。

7.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述天线包括至少两个天线阵元、至少两个移相器和合路器，其中，每个天线阵元均通过一个所述移相器与所述合路器电连接，所述合路器与所述控制器电连接；

所述控制器用于控制所述天线调节至确定的波束方向，以使所述波束方向朝向卫星时，具体用于：

根据所述波束方向确定每个天线阵元的接收相位；

控制每个移相器调节对应的天线阵元的馈电相位至对应的接收相位。

8.根据权利要求7所述的定位装置，其特征在于，所述控制器用于获取天线接收到的卫星信号，包括：

控制所述合路器通过每个移相器获取对应天线阵元接收到的卫星信号；

控制所述合路器将获取到的全部卫星信号进行合路后形成合路信号；

获取所述合路信号。

9.一种可穿戴设备，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的定位装置。

10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括：智能手表、智能手环或智能耳机。

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