定位方法
【專利摘要】本發明涉及一種定位方法，包括一個第一步驟(10)，其中，由基本上位置固定的發射器的無線電信號確定一個第一位置序列(12)，其中，通過耦合由其它的傳感器數據確定一個第二位置序列(14)。本發明的核心在于，在一個第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)相互比較。此外，本發明還涉及一種用于執行該方法的計算機程序產品。本發明也涉及一種定位裝置(100)，尤其是在一臺移動終端設備內，包括：一個接收器(110)，用于接收位置固定的發射器的無線電信號；定位部件(160)，用于由位置固定的發射器的無線電信號確定接收器的一個第一位置；傳感器(120)，至少用于確定一個方向和一個路程，以便通過耦合確定一個第二位置；一個存儲器(130)，用于存儲一個第一位置序列和一個第二位置序列。本發明的核心在于，定位裝置具有一個處理裝置(140)用于補償第一位置序列和第二位置序列。
【專利說明】定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種定位方法，包括一個第一步驟，在該步驟中從基本上位置固定的發射器的無線電信號確定一個第一位置序列，其中通過耦合從其它的傳感器數據中確定一個第二位置序列。此外，本發明還涉及一種用于執行所述方法的計算機程序產品。本發明也涉及一種定位裝置。
【背景技術】
[0002]在商業應用領域到目前為止主要有WLAN定位系統，所述定位系統是以可識別的發射器(例如，WLAN路由器)的發射信號，以及在一個接收器，例如，一個定位系統，測得的這些發射信號的接收強度為基礎來確定該接收器位置。對此，原則上有兩種不同的理論，它們分別稱作“位置指紋定位”或“信號路徑建模”。在“位置指紋定位”時，在使用定位系統之前，對定位系統的整個應用區域進行測量和在每個位置對應的一個網格上面輸入全部可使用的WLAN網絡的接收強度。當定位系統處于運行狀態時，在定位儀處測得的接收強度與存儲在數據庫中的接收強度相比較并通過專用的算法計算位置。最簡單可行的算法是從數據庫中把其測量的接收強度與定位時測量的接收強度之間幾何距離最小的位置確定為位置。
[0003]在“信號路徑建模”技術中，是以包含所有位于定位區域內的WLAN基站的位置的數據庫作為前提條件，此外，如文獻US7，403，762中所述可以通過測量定位區域內的接收強度確定這些位置。在定位過程中，在終端設備處測得的接收強度通過一種數學相關性換算成與從屬基站之間的距離并且以已知的路由器位置為基礎通過三邊測量法確定當前位置。在這里，三邊測量法與熟知的三角測量法的區別在于，只使用距離信息而不使用角度信肩、O
[0004]這兩種方法的準確性依賴于基礎數據庫的質量，因為定位永遠都不可能比通過數據庫給定的參考位置更精確。在這里，在編制數據庫時可能會出現各式的干擾，因為，測得的接收強度不僅與距離，此外還與位于傳輸路徑上的對象、終端設備的方位和時間相關。此夕卜，還有可能是，甚至是在編制完數據庫之后路由器的位置還會發生變化，清除路由器或新添加路由器。為了能夠在這些情況下仍保證定位系統的功能性，例如，在文獻US7，474，897中采取的措施是，評價每一個路由器的定位信息的質量并借此決定，是否可以使用該路由器定位。
[0005]文獻US7，493，127介紹了一種在運行狀態下升級數據庫的方法，其中，在運行狀態下在每一個定位過程中都對接收信息的完整性進行檢測和在接收信息不完整或有新的接收信息的情況下能夠以通過其它的路由器確定的終端設備的位置為基礎改變或新添加路由器的位置。這些方法保證，當存在足夠數量的其它的路由器并且能夠借助這些路由器定位時，系統的功能性不會因單個路由器的特性發生變化而受到限制。
[0006]一種可以對改善行人的定位精確度的方法是通過從一個起始位置開始計算方向和距離的計算航跡導航法，也被稱作慣性導航系統(INS)。例如，一個INS可以以MEMS傳感器為基礎。在這里，使用的是一個加速度傳感器，通過計算步數與確定步長相結合來探測位置變化。此外，使用一個電子羅盤，并且是常常結合一個轉速傳感器來確定水平運動的方向，而壓力傳感器負責識別在縱軸方向的運動。此外,在“Advanced Integration of WIFIand Inertial Navigation Systems for Indoor Mobile Positioning” (Evennou, F.,Marx,F.,Eurasip journal on applied signal processing,Hindawi publishing corp.,Newyork(2006))和 WLAN-Based Pedestrian Tracking Using Particle Filters andLow-costMEMS Sensor (H.Wang,H.Lenz,A.Szabo, J.Bamberger,和 U.Hanebeck,Procedingsof Workshop on Positioning,Navigation and Communication,2007.,pp-1-7,2007)中，通過利用傳感器信息融合技術融合INS-數據和WLAN-數據可以實現改善定位精度。在這里，為了在一段時間內，例如，通過一個粒子濾波器來更加準確地確定借助WLAN確定的位置，使用了 INS-數據，如果沒有INS則不可能實現。
[0007]此外，可以如在”Sensor Data Fusion for Pedestrian Navigation UsingWLAN and INS “ (J.Seitz, L Patino-studencka, B.Schindler, S.Haimerl, J.G.Boronat,
S.Meyer,和J.Thielecke,in Procedings of Gyro Technology Symposium2007,Sep.2007)中所述，使用一個INS用于簡化編制一個“位置指紋定位“數據庫。為此，在編制數據庫過程期間，借助從INS中獲取的數據在兩個手動輸入的參考位置之間內插路徑，借此只需很少的手動輸入。如在【背景技術】中所述，由于在使用WLAN-定位系統時參考位置可能包括，例如，路由器位置，因此包含參考位置的基礎數據庫的質量會限制一個定位系統的精度。熟知的數據庫優化方法只使用自己從定位系統中獲取的信息用于識別位置參考的變化。例如，為了能夠確定一個新的路由器的位置，必須借助位于多個地點的多個路由器的接收強度確定最新位置。因為在這里位置測量總是伴有誤差，因此新定位的路由器的位置的不確定性要大于作為參考使用的路由器的位置。此外，系統錯誤，例如，由終端設備的方位造成的接收特性所導致的系統錯誤，在定位時會直接傳播給新路由器的位置。位置數據庫的質量經過一段時間之后會因此而下降，因為，當一個路由器位置每次變化時，路由器的位置的不穩定性都會變大。
[0008]此外，新的路由器只是在多個其它路由器的附近被分配給一個位置，否則的話不能確定參考位置。因此只能在路由器密度高的區域執行數據庫優化方法和例如，在城市邊緣和農村則不行。
【發明內容】
[0009]本發明涉及一種定位方法，包括一個第一步驟，其中，由基本上位置固定的發射器的無線電信號確定一個第一位置序列，其中，通過耦合由其它的傳感器數據確定一個第二位置序列。本發明的核心是，在一個第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)相互比較。
[0010]按照本發明的方法能夠自動改進定位用數據庫，無須借助一個參考系統再次測量。可以逐步地擴充位于應用領域的邊緣地帶的位置數據庫。可以測繪建筑物內的路徑。這一切都形成一種優勢，對于定位系統的用戶，借此可以改進定位精度，對于定位系統運營商，借此可以促成極低的運營成本，因為無須額外的運營費用，通過用戶的定位儀即可改進數據庫的質量。
[0011]優選，按照本發明的方法可以在一個按照本發明的計算機程序產品中實施或也可以通過一個按照本發明的定位裝置執行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1顯示的是按照本發明的定位方法的一個示例。
[0013]圖2顯示的是按照本發明比較第一位置序列和第二位置序列。
[0014]圖3顯示的是按照本發明的定位裝置的一個示例。
【具體實施方式】
[0015]至今的系統使用INS數據和WLAN數據用于在最低的層面改進定位準確性。本發明的主題是，使系統首先單獨地確定走過的路程和隨后通過比較已經確定的路徑識別以無線電發射機為基礎的定位系統的定位錯誤。在這里尤其可以識別出定位系統數據庫內的系統錯誤和也可以在邊緣區域和位置參考較少的區域添加新的位置參考。本發明的理念是，以計算航跡導航法為基礎，通過用戶的定位裝置一般性地改善位置數據庫。例如，為此在定位裝置內使用MEMS傳感器。下面示范性地對可能的實施進行介紹。
[0016]圖1顯示的是按照本發明的定位方法的一個示例。在每次數據融合的初始階段需要確定單個系統的精度。在以無線電發射機為基礎的定位系統的情況下，通常逐個地確定每個已經測量的位置的定位精度2，此外，如果是INS，可以通過比較羅盤數據和轉速傳感器數據或羅盤偏移-補償的特性和步長確定的精度確定定位精度4。然后，在真正的定位過程中記錄數據。例如，如圖2所示記錄數據。
[0017]圖2顯示的是按照本發明比較第一位置序列和第二位置序列。此外，該示例還顯示，對兩個位置序列進行補償，以便作為結果，從中求得一個位置序列。從位置固定的無線電發射器的測量值中和借助定位系統的數據庫，在一個第一步驟10確定一個第一位置序列12。利用在一個INS內執行計算航跡導航法在同一個步驟10確定一個第二位置序列14，SP，一個路徑。在一個第二步驟20中對這兩個位置序列12和14相互比較。此外，在本例中，這兩個位置序列12和14相互補償并且作為結果從中求得一個位置序列。比較或數據融合是，例如，通過最小二乘估計法(LSE:Least-Square-Estimation)執行。在這里需要注意，當使用一個羅盤作為INS的一個傳感器時，只須觀察平移自由度。在這種情況下，由于是借助INS的羅盤測量絕對值，不需要轉動。基于大多數時的正確的估計，即，通過INS確定的路徑比通過以無線電發射機為基礎的定位系統確定的位置更準確，在完成比較之后同樣可以確定圖2中箭頭所示的定位系統的誤差。通過按照各個路由器的位置區分由定位系統確定的位置，定位系統的誤差可以換算成數據庫的一個誤差，可通過加權處理利用INS的精度對該誤差進行糾正。該方法的較大優勢在于，可以假定定位系統的誤差和INS的誤差是不相干的，借此，即使在沒有或只能使用錯誤的信息用于借助定位系統進行定位的時候，也仍然可以優化數據庫。這可以擴充位于具有位置參考的區域的邊緣區域的數據庫。該方法的另一個較大優勢在于，可以假定，不同的人可以通過不同的終端設備(例如，定位裝置)執行定位過程。因為不同終端設備的INS的誤差之間是沒關于聯的，當通過不同終端設備執行多個過程時，這些誤差相互抵消。由于在全部用于定位的參考對象之間生成一個在均值上無誤差的關系，因此，實際上數據庫也可以通過這種方法得以改善。唯一一個不能通過該方法糾正的誤差是定位系統的全部參考對象的位置的非零平均值的偏移。但是，這種情況在實際上不具備任何相關性。
[0018]因此，與【背景技術】相得出一系列的優勢。按照本發明的方法可以自動改善定位用數據庫(位置數據庫)，無須借助一個參考系統再進行測量。可以逐步地擴大位于應用領域的邊緣區域的位置數據庫。可以測繪建筑物內的路徑。這一切都形成一種優勢，對于定位系統的用戶，借此可以改進定位精度，對于定位系統運營商，借此可以促成極低的運營成本，因為無須額外的運營費用，通過用戶的定位儀即可改進數據庫的質量。
[0019]按照本發明的定位方法涉及的關鍵部分有，以無線電發射機為基礎的定位系統，用于記錄一個運動路徑的INS (耦合)，用于融合絕對位置和路徑信息的算法，用于從融合的數據中優化數據庫的方法。下面對這些部分進行詳細的說明。
[0020]基于無線電發射機的定位系統
[0021]該定位系統是以一個數據庫為基礎，數據庫用于把在終端設備確認的信息映射到當前的位置。這尤其涉及以無線電網絡為基礎的定位系統，而這些網絡目前大多是數WLAN網絡。但是，這些系統原則上也可以用于藍牙或其它類型的無線電網絡。原則上甚至可以考慮使用非電磁傳輸途徑(例如，聲學)。在WLAN定位方法范圍內，該方法尤其可以應用于以包含路由器位置的數據庫為基礎的或使用“位置指紋定位方法的系統。
[0022]記錄運動路徑
[0023]如上所述，例如，可以以微機械傳感器(MEMS)為基礎記錄一個運動路徑。MEMS因其尺寸微小，結實耐用和耗能低特別適用于移動定位儀。在記錄一個運動路徑時，需要至少一個用于確定位置變化數值的傳感器和至少一個用于確定位置變化方向的傳感器。它們尤其可以是加速度傳感器，羅盤和轉速傳感器。但是，原則上也可以以其它的傳感器數據為基礎記錄路徑信息，例如，可以使用一個車輛的速度和轉向角，其中，所述車輛可以是汽車或自行車。也可以考慮把羅盤與車輪轉速儀組合應用于自行車上。
[0024]位置信息和路徑信息的融合
[0025]無論是位置信息還是路徑信息都可以用數學方法表示為一定數量的元組兄，元組至少由兩個坐標組成，但是也可以含有一個第三坐標和一個時間戳。
[0026]
【權利要求】
1.定位方法，包括一個第一步驟(10)， -其中，由基本上位置固定的發射器的無線電信號確定一個第一位置序列(12)， -其中，通過耦合由其它的傳感器數據確定一個第二位置序列(14) 其特征在于，在一個第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)進行相互比較。
2.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，在第二步驟(20)中對第一位置序列(12)和第二位置序列(14)進行補償并且由所述補償求得一個合成的位置序列。
3.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，第一位置序列(12)由存儲的關于配設給可能的地點的發射器的信息確定。
4.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，第一位置序列(12)由存儲的發射器的位置和/或信號強度確定。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的定位方法，其特征在于，在一個第三步驟(30)中由第一位置序列(12)校正至少一個位置(32)。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的定位方法，其特征在于，在一個第三步驟(30)中至少為第一位置序列(12)中的一個位置(34)存儲關于所述的發射器或至少一個發射器(34)的位置和/或信號強度的信息。
7.根據前述權利要求中任一項所述的定位方法，其特征在于，按先后順序多次執行該方法。
8.根據前述權利要求中任一項所述的定位方法，其特征在于，通過添加新的位置，第一位置序列和/或第二位置序列(12，14)被補充成新的第一和/或第二位置序列(12，14)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的定位方法，其特征在于，在第一步驟(10)之前，確定用于第一序列(12)的位置的各個定位的精度(2)和用于第二序列(14)的位置的精度⑷。
10.用于執行根據權利要求1至9中任一項所述的方法的計算機程序產品。
11.定位裝置(100)，尤其是在一個移動終端設備中， -一個用于位置固定的發射器的無線電信號的接收器(110)， -定位部件(160)，用于由位置固定的發射器的無線電信號確定接收器的一個第一位置， -傳感器(120)，至少用于確定一個方向和一個路程，以便通過耦合確定一個第二位置， -一個存儲器(130)，用于存儲一個第一位置序列和一個第二位置序列， 其特征在于，定位裝置具有一個處理裝置(140)用于比較第一位置序列和第二位置序列。
12.根據權利要求11所述的定位裝置，其特征在于，處理裝置(140)被配置用于補償第一位置序列和第二位置序列，以便求得一個合成的位置序列。
13.根據權利要求11或12所述的定位裝置，其特征在于，定位部件(160)包含一個數據庫(162)用于存儲關于配設給可能的地點的發射器的信息。
14.根據權利要求11或12所述的定位裝置，其特征在于，定位部件(160)包含一個數據庫(162)用于存儲發射器的位置和/或信號強度。
15.根據權利要求11至14中任一項所述的定位裝置，其特征在于，定位裝置包含一個轉速傳感器和/或一個電子羅盤和/或一個加速度傳感器和/或一個計步器和/或一個壓力傳感器。
【文檔編號】G01S5/02GK103502833SQ201180061304
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年11月4日 優先權日:2010年12月21日
【發明者】J·艾克曼, G·拉梅爾 申請人:羅伯特·博世有限公司