TWI475190B - 利於慣性導航之裝置及其導航方法 - Google Patents

Description

利於慣性導航之裝置及其導航方法

本發明係有關於一種定位裝置之手持裝置，特別是有關於一無需衛星定位系統之手持通訊裝置。

隨著資訊以及電腦市場不斷的擴充下，電子產品在輕薄短小、多功能速度快之趨勢的推動下快速成長。基於高科技時代的來臨，通訊系統也伴隨整合科技的開發也不斷提供使用者更便利取得資訊之方式。因此，通訊科技也一躍變為新的寵兒，通訊裝置中附屬之商業也因聯繫需求與資訊取得之便利而蓬勃發展。不論是網際網路、行動通訊設備、個人數位助理已經充斥於整個生活之空間，而網路與通訊業者也推陳出新提供商業服務協助客戶將其資料傳送或是取得以擴大市場以及服務之範圍。在電子元件方面則朝向多元多功能發展，如輕薄短小、多功能速度快之趨勢，而通訊服務業者或資訊提供服務者亦必須提供多元、全方位以及最新之資訊給客戶。而目前較為使用之手持式通訊裝置包含行動電話、股票機以及個人數位助理系統(或個人用電子記事簿裝置)。

衛星定位系統已日漸普及於一般人之生活中成為不可或缺之電子產品。而上述電子裝置一般係屬於封閉系統，其採用內建之電子地圖，而實際情形可能經常變動，而使數月或數年後，電子地圖不符實際狀態。且該裝置只具有部分電子地圖，若攜帶至不同區域或國度可能無法使用，是以其功能受限制。

此外，衛星定位系統無法於地下室使用，且手機必須發射訊號與衛星取得聯繫，因此，手機必須配置衛星定為晶片，若兩者之一無訊號，則無法定位，且增加衛星晶片與發射模組之成本與加大手機體積，而該發射模組亦將增加手機天線數量。此外，慣性導航之誤差會隨著時間累積，故需要校準機制。

一種慣性導航裝置包含：處理單元；慣性導向模組，配置於該慣性導航裝置內，用以提供地理位置資訊，其中該慣性導向模組包含陀螺儀、重力感測器、加速度感測器或以上任意組合；電子地圖模組，可耦合於該處理單元，係儲存於該慣性導航裝置或儲存於一遠端終端設備中，用以顯示地圖；顯示單元，電性耦合到該處理單元，用於顯示；以及校準模組，耦合於該慣性導向模組用以校準該慣性導向模組，該校準模組包含衛星定位系統，於校準或初始化座標時須啟動。其中慣性導航裝置包含短距通訊模組包含WiFi、WiMax；遠距通訊模組包含2G、3G、3.5G或4G，電性耦合於該處理單元。其中更包含影像擷取模組，電性耦合到該處理單元以利於擷取數位影像。

一種地磁導航裝置，包含：處理單元；電子羅盤，配置於該慣性導航裝置內，用以提供地磁資訊；電子地圖模組，可耦合於該處理單元，係儲存於該地磁導航裝置或儲存於一遠端終端設備中，配合該電子羅盤用以顯示地理資訊；顯示單元，電性耦合到該處理單元，用於顯示該地理資訊；以及校準模組，耦合於該電子羅盤用以校準該電子羅盤，該校準模組包含衛星定位系統或慣性導向模組。其中地磁導航裝置包含短距通訊模組包含WiFi、WiMax；遠距通訊模組包含2G、3G、3.5G或4G，電性耦合於該處理單元。其中更包含影像擷取模組，電性耦合到該處理單元以利於擷取數位影像。

一種具慣性導向模組之警示裝置包含處理單元；慣性導向模組，耦合該處理單元配置於該警示裝置內，用以發出警示訊號，其中該慣性導向模組包含陀螺儀、重力感測器或、加速度感測器或以上之任意組合；及傳輸模組，耦合該慣性導向模組用以將該慣性導向模組所發之警示訊號或地理資訊傳輸。其中更包含衛星定位系統。

一種慣性導航方法包含：提供一慣性導向模組於一裝置中以提供地理資訊，其中該慣性導向模組包含陀螺儀、重力感測器、加速度感測器或以上任意組合；提供電子地圖模組配合該慣性導向模組用以顯示地理資訊，其中該電子地圖模組係儲存於該裝置或儲存於一遠端終端設備中；提供一校準模組，耦合於該慣性導向模組用以校準該慣性導向模組，該校準模組包含衛星定位系統，於校準或初始化座標時須啟動。慣性導航方法其步驟更包含以電子羅盤輔助定位。其步驟更包含以高度計輔助判斷高度。

一種地磁導航方法包含：提供一電子羅盤於一裝置中以提供地磁資訊；提供電子地圖模組配合該電子羅盤用以顯示地理資訊，其中該電子地圖模組係儲存於該裝置或儲存於一遠端終端設備中；及提供一校準模組，耦合於該電子羅盤用以校準該電子羅盤，該校準模組包含衛星定位系統或慣性導向模組。其步驟更包含以高度計輔助判斷高度。

為使本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，本文舉較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下，然下述各實施例只做一說明非用以限定本發明。

參閱第一圖為本發明之功能方塊示意圖。本發明揭露一種無須衛星定位導航系統，而可以定位之手機或數位影像擷取裝置，並可利於車用導航。基於導航時無需聯繫衛星定位系統，故無需發射訊號與衛星溝通，可節省電力，且無衛星訊號時或在地下室亦可以使用。此裝置可以包含無線通訊模組以利於與外部進行資料交換，可適用於雙向影音傳輸之協定或無線區域網路協定或無線都會網路協定。經由雙向通訊模組所接收由服務提供者所提供之訊息，經過解碼裝置解碼以轉換成可辨識之訊號。上述之系統包含微處理器或中央處理單元以及一使用者介面與微處理器耦合以利於指令之輸入，其輸入之方式可以為利用觸控或聲控語音輸入。基於此裝置需要大面積顯示地圖，故盡量省卻實體按鍵，以觸控式或聲控較佳，被接收之資訊可藉由顯示裝置顯示，顯示裝置通常是液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)、光調變顯示器、有機發光顯示器或場放射顯示器或平面顯示裝置。

第一圖所示為手持裝置10之功能方塊圖，包含處理單元100，慣性導向模組105耦合於該處理器100，例如，該慣性導向模組包含陀螺儀、重力感測器或加速度感測器。其可以為微型機械慣性導向、光纖慣性導向或是MEMS慣性導向。因此導航時可以無須利用衛星所提供之定位訊號載波，故於地下室、郊區或隧道無法接收衛星載波1575.42MHz時，仍可定位。慣性導向模組105可包含地理資訊解讀器或查詢表，用以解讀慣性導向之地理資訊，並將此地理資訊解轉換成可顯示資料已顯示於顯示器。本發明之系統包含處理單元100，用以控制訊號以及資料之處理及輸出入訊號之處理。一輸入單元150、內建顯示單元160、作業系統145、影像擷取單元152、電源140，可為電池或是車用充電電源。舉例而言，作業系統145可以為任意手機作業系統。電子地圖模組或應用軟體310儲存於本裝置記憶體、硬碟或遠端記憶體、硬碟中，透過作業系統開啟執行應用。透過慣性導向模組105解析地理資訊，如經度、緯度後，配合電子地圖模組或應用軟體310可標示手持裝置所在位置。

網際網路連結模組200耦合至該處理器100，其可以包含無線區域網路傳輸模組200A、無線都會網路傳輸模組200B或3G(或以上如3.5G、4G)無線射頻傳輸模組200C，電性耦合(couple)到上述之處理單元100。上述模組得為單獨或附合配置。利用上述之網際網路連結模組200可於定點或行進中連接網際網路用以下載或更新資料，例如電子地圖。此外，亦可以利用此模組接收動態資訊，例如氣象資訊、旅遊資訊以及動態交通資訊。基於3G(或以上)無線射頻傳輸模組200C得以傳輸影像資訊，因此可以接收動態影像資訊。是以本裝置係屬開放式架構。於車輛行進當中，得以連接網際網路，隨時接收所需資訊。且於連接網路時，得以進入所需資料庫或網站下載取得所需資訊。如加油站資訊、停車場、旅館資訊等等。無線區域網路傳輸模組200A包含Wi-Fi標準相容模組或無線都會網路傳輸模組200B包含WiMAX標準相容模組，其可以行進中連接網際網路。因此藉由此種高速之傳輸介面可將資料、電子郵件(E-mail)、MP3、影像檔案或文字檔案傳至系統。已商品化之處理器，可處理解碼MP3、MP4壓縮檔案，具備H.264 codec engine即可處理所述檔案，此為目前所採用之媒體播放晶片，其為商業化零組件。將其配置即可播放，處理晶片是由核心、媒體引擎、圖形處理器以及虛擬行動引擎(VME)四大部分所構成。核心以MIPS的R4000的設計為基礎，並具備浮點數處理器(FPU)以及向量浮點數處理器(VFPU)各一，可達成每秒2.6GFlops以上的浮點數運算效能。

本裝置亦包含記憶體155耦合到上述之處理單元100，做為資料以及作業系統之儲存。依照不同之屬性，可包含唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、非揮發性快閃記憶體等。射頻通訊模組可以處理述訊號之接收、基頻之處理、數位訊號之處理等。一般，不更動之資料可儲存於罩幕式唯讀記憶體(MASK ROM)之中，系統操作軟體或固定之應用程式一般可以儲存於非揮發記憶體之中且執行其它之指令，可以在無電源狀態下仍能保留其內部資料，有電源時可以重複讀出或寫入。語音訊號被送到輸出入裝置如喇叭/麥克風單元190，若具備語音輸入輸出裝置時，本裝置包含數位類比轉換器與解碼裝置自不待言。

一有線資料交換介面202，耦合到處理單元100。此資料交換介面202具有可連接到外部裝置I/O之能力。此介面可以提供有線資料交換。上述之資料交換介面202可為萬用序列埠USB或是火線介面或IEEE 1394或HDMI。因此，本發明得處理MP3、MP4檔案或電子郵件，可以採用包含解MPEG壓縮模組或是軟體。例如影像擷取裝置152所拍攝之檔案或手機下載之檔案。本系統包含天線系統用以收發或傳輸訊號。基於得透過本裝置無需使用GPS取得資訊。上述之地理資訊產生模組320可以整合於或是獨立程式。可藉由上述之網際網路連接模組200更新或植入作業系統、應用軟體、電子地圖或影音檔案。本發明之裝置可包含無線通訊模組用以做為短距離或中距離雙向資料傳輸。是以此處之短距離或都會無線傳輸模組是相對於遠距離通訊模組。上述本發明之無線區域網路通訊模組200A相容於且可以處理無線區域網路協定之資料傳輸。舉例而言，無線區域網路通訊模組得為Wi-Fi無線傳輸標準之相容模組、無線都會網路傳述模組可為WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)無線傳輸標準之相容模組。一網路電話模組300耦合到上述之處理單元100使得以透過無線傳輸模組200經由網際網路無線同步傳輸或接收語音、影像訊號或兩者。上述之網路電話模組300至少需符合Voice Over Internet Protocol(VOIP)標準。利用網路電話模組300以及無線網路通訊模組可以使得本發明之可攜式裝置同步、無線、手持、可攜傳輸或接收語音影像訊號以及可與遠端導航人員雙向及時通訊。影像擷取單元為需進行即時、同步、無線、手持、可攜視訊狀態所需裝置。是故本發明可以選擇採用行動、網路進行語音通訊，及/或影像通訊，且為可攜無線狀態下可移動進行。

基於目前對於大眾運輸系統、保全車輛、運鈔車、警備車之監控只採衛星定位。因此，於監控中心只能確定車輛位置，而不及其他資訊。一種監控交通載具之方法，包含：配置慣性導向模組105於該交通載具，以獲取該交通載具之地理資訊；配置影像擷取模組於該交通載具，用於擷取該交通載具內或外之影像；配置無線傳輸模組於該交通載具，以利無線傳輸該擷取之影像；於該交通載具執勤間，傳送該地理資訊以及該擷取之影像至監控單位。無線傳輸模組包含WiFi傳輸模組、WiMax傳輸模組、3G、3.5G或4G傳輸模組。其中影像擷取模組包含數位攝影機或數位相機。

另外，可設定震動之背景值，在陀螺儀之震動超過一設定值或持續震動或位移一特定距離時，啟動警戒訊號，透過上述之傳輸模組傳輸警示訊號代表物件異常並傳輸位置與影像，如物件被偷竊、被非法碰撞、闖入等。上述物件可以為機動載具，包含交通載具(如汽、機車、運輸車輛)、飛行器(飛機、飛彈)等。因此本發明具備無線影像傳輸模組以及數位影像擷取模組，得以隨時將執行任務之車輛動態情狀，隨時以影像傳遞至監控中心，俾以掌握狀況，可以防止諸多意外狀況。將影像擷取裝置安置於適當之交通載具處所內，則得達到上述目的。

第三圖係另一實施例，除包含各實施例全部或一部元件、模組或零組件外，更包含校準模組500，電性耦接該慣性導向模組105，該慣性導向模組105可以包含陀螺儀105a或加速器105b或兩者的組合。慣性導向模組105可以包含一軸、兩軸或三軸陀螺儀；加速器105b可以包含一軸、兩軸或三軸加速器。基於慣性導向105或電子羅盤510之誤差會隨時間累積，故本發明植入校準模組500於設定時間校準慣性導向模組105或電子羅盤510；上述之電子羅盤510可透過地理磁場辨識方位輔助慣性導向模組105定位。慣性導向模組105的陀螺儀105a與加速器105b兩者的組合可利於取得地理資訊；而三軸加速器亦可以取得地理資訊，如速度與方位。上述之校準模組500可以定時或不定時取得地理資訊校準該慣性導向模組105修正偏差，或於開機或其他設定場合、時間初始化地理資訊與位置，使得慣性導向模組105儲存初始化地理資訊作為參考座標。本發明可以採用衛星定位系統作為校準模組500，於初始或位置或校準後關閉，節省電力，且可以在無衛星訊號時以慣性導航，且無需採用或減少使用卡曼濾波器，節省能源與成本。高度計520以利於辨識目前是位於平面道路或高架道路，以往衛星定位系統時常無法分辨上述兩者而造成錯誤導航。若是透過高度計520則可以即時或依據前面駕駛歷程之高度記憶資訊，則可以輔助判定位置是位於平面道路或高架道路。另一實施例中，亦可以採用電子羅盤510定向，其係利用地磁感測定向，再輔以慣性導向模組105或是衛星定位系統做為校準模組。

第四圖為另一實施例圖，慣性導向模組105各包含第一、第二以及第三陀螺儀700a、700b、700c；以及第一以及第二加速器710a、710b。第一以及第二加速器710a、710b所測得之值積分可得到兩個方向之速度，再積分可以得到兩個方向之位移量。因此可以得到移動之距離以及方向。再經過處理可以得到經度與緯度，若初始點已由校準模組500校正。此外亦可以採用完全由三個加速器所實施之慣性導航，藉由三個加速度所測得知三軸加速度，經過個別積分取得各方向之位移以及速度，可以加成得到總位移以及合成速度向量，若初始點已由校準模組500校正，再經過處理可以得到經度與緯度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10．．．衛星定位導航裝置

100．．．處理單元

105．．．慣性導向模組

145．．．作業系統

150．．．輸入單元

155．．．記憶體

152．．．影像擷取裝置

156．．．快閃記憶體

160．．．內建顯示單元

190．．．語音輸出/輸入裝置

200．．．網際網路連結模組

200A．．．無線區域網路傳輸模組

200B．．．無線都會網路傳輸模組

200C．．．3G無線射頻傳輸模組

202．．．資料交換介面

300．．．網路電話模組

310．．．電子地圖模組或應用軟體

320．．．地理資訊產生模組

105a．．．陀螺儀

105b．．．加速器

500．．．校準模組

510．．．電子羅盤

520．．．高度計

700a、700b、700c．．．第一、第二以及第三陀螺儀

710a、710b．．．第一以及第二加速器

第一圖係顯示本發明功能方塊示意圖。

第二圖係顯示本發明功能方塊示意圖。

第三圖係顯示本發明功能方塊示意圖。

第四圖係顯示本發明功能方塊示意圖。

10．．．手持裝置

100．．．處理單元

105．．．慣性感測模組

145．．．作業系統

150．．．輸入單元

155．．．記憶體

152．．．影像擷取裝置

156．．．快閃記憶體

160．．．內建顯示單元

190．．．語音輸出/輸入裝置

200．．．網際網路連結模組

200A．．．無線區域網路傳輸模組

200B．．．無線都會網路傳輸模組

200C．．．3G無線射頻傳輸模組

202．．．資料交換介面

300．．．網路電話模組

310．．．電子地圖模組或應用軟體

Claims (9)

1. 一種利於慣性導航之裝置，包含：處理單元；慣性導向模組，配置於該慣性導航裝置內，用以提供地理位置資訊，其中該慣性導向模組包含陀螺儀及加速度感測器；電子地圖模組，可耦合於該處理單元，係儲存於該慣性導航裝置或儲存於一遠端終端設備中，用以顯示地圖；顯示單元，電性耦合到該處理單元，用於顯示；以及校準模組，耦合於該慣性導向模組用以校準該慣性導向模組，該校準模組包含衛星定位系統，於校準或初始化座標時須啟動。
2. 如申請專利範圍第1項之利於慣性導航之裝置，其中該慣性導航裝置包含短距通訊模組包含WiFi、WiMax；遠距通訊模組包含2G、3G、3.5G或4G，電性耦合於該處理單元。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之利於慣性導航之裝置，其中更包含影像擷取模組，電性耦合到該處理單元以利於擷取數位影像。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之利於慣性導航之裝置，其中更包含警示裝置，耦合該處理單元，用以發出警示訊號；及傳輸模組，耦合該處理單元用以將該慣性導向模組所發之警示訊號或地理資訊傳輸。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之利於慣性導航之裝置，其中該加速度感測器可偵測二維或三維加速度。
6. 一種慣性導航方法，包含：提供一慣性導向模組於一裝置中以提供地理資訊，其中該慣性導向模組包含陀螺儀及加速度感測器或以上任意組合；提供電子地圖模組配合該慣性導向模組用以顯示地理資訊，其中該電子地圖模組係儲存於該裝置或儲存於一遠端終端設備中；及提供一校準模組，耦合於該慣性導向模組用以校準該慣性導向模組，該校準模組包含衛星定位系統，於校準或初始化座標時須啟動。
7. 如申請專利範圍第6項之慣性導航方法，其步驟更包含以電子羅盤輔助定位。
8. 如申請專利範圍第6項之慣性導航方法，其步驟更包含以高度計輔助判斷高度。
9. 如申請專利範圍第6項或第7項之利於慣性導航之裝置，其中該加速度感測器可偵測二維或三維加速度。