專利名稱：用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端及其方法
技術領域：
以下描述涉及一種用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端及其方法。
背景技術：
基于移動通信信號的定位方法可基于連接到終端的小區基站的位置和接近方案，或基于測量終端與終端附近的至少三個小區基站之間的信號傳播距離的三角測量，來估計終端的位置。基于無線LAN的定位方法可基于終端所屬的接入點(AP)的位置估計無線LAN終端的位置，或者，基于所述終端附近的AP處的信號的強度來執行通過預先記錄的印記的使用的樣式匹配，從而估計無線LAN終端的位置。基于超寬帶(UWB)的定位方法可基于測量終端與產生UWB信號的AP之間的距離的三角測量，來估計終端的位置。基于磁場地圖的定位方法可基于終端的位置處的磁場來估計終端的位置。在該示例中，代表性定位方法可包括卡爾曼濾波器、粒子濾波器(particlefiIter)、馬爾可夫定位(Markov localization)及其它類型的方法。所述方法可測量隨著移動終端移動而以各種形式改變的環境參數，并且可基于測量的結果估計移動終端的位置。
發明內容
在一個總的方面，提供一種用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端，包括:存儲器，被配置為存儲包括按位置的磁場值的磁場地圖。所述移動終端還包括:磁場傳感器，被配置為測量在移動終端的位置處的磁場值。所述移動終端還包括:慣性測量單元(MU)傳感器，被配置為測量移動終端的加速度值和陀螺值。所述移動終端還包括:處理器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動終端的位置。陀螺值包括移動終端的旋轉值和方位值。處理器包括:磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值。處理器還包括:第一位置估計器，被配置為基于磁場地圖和校正的磁場值確定移動終端的位置。磁場值校正器包括:傾斜誤差計算器，被配置為基于加速度值和陀螺值確定移動終端的傾斜誤差。磁場值校正器還包括:磁場值校正實現器，被配置為基于傾斜誤差校正磁場值。傾斜誤差包括俯仰、橫滾和偏航。處理器包括:第一方向產生器，被配置為基于磁場值和加速度值產生第一方向信息。處理器還包括:第二方向產生器，被配置為基于加速度值和陀螺值產生第二方向信息。處理器還包括:方向信息權重設置單兀，被配置為基于第一方向信息和第二方向信息設置方向信息權重。方向信息權重設置單元被進一步配置為:從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值。方向信息權重設置單元被進一步配置為:如果第一值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第二方向信息。方向信息權重設置單元被進一步配置為:從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值。方向信息權重設置單元被進一步配置為:如果第二值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第一方向信息。處理器還包括:移動距離計算器，被配置為基于加速度值確定移動終端的移動距離。處理器還包括:第二位置估計器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。處理器包括:磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值。處理器還包括:方向信息產生器，被配置為基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設置移動終端的方向信息權重。處理器還包括:移動距離計算器，被配置為基于加速度值確定移動終端的移動距離。處理器還包括:第三位置估計器，被配置為基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。處理器被進一步被配置為基于粒子濾波器或卡爾曼濾波器或馬爾科夫定位或粒子濾波器、卡爾曼濾波器和馬爾科夫定位的任意組合，確定移動終端的位置。在另一總的方面，提供一種用于移動終端所包括的基于磁場地圖的定位系統的定位方法，包括:確定包括按位置的磁場值的磁場地圖。所述方法還包括:測量移動終端的位置處的磁場值。所述方法還包括:測量移動終端的加速度值和陀螺值。所述方法還包括:基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動終端的位置。陀螺值包括移動終端的方位值和旋轉值。確定移動終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于磁場地圖和校正的磁場值，確定移動終端的位置。校正的步驟包括:基于加速度值和陀螺值確定移動終端的傾斜誤差。校正的步驟還包括:基于傾斜誤差校正磁場值。傾斜誤差包括移動終端的俯仰、橫滾和偏航。確定移動終端的位置的步驟包括:基于磁場值和加速度值產生第一方向信息。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于加速度值和陀螺值產生第二方向信息。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于第一方向信息和第二方向信息設置方向信息權重。設置的步驟包括:從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值。設置的步驟還包括:如果第一值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第二方向信息。設置的步驟還包括:從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值。設置的步驟還包括:如果第二值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第一方向信息。確定移動終端的位置的步驟包括:基于加速度值確定移動終端的移動距離。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于磁場地圖、磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。確定移動終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設置移動終端的方向信息權重。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于加速度值確定移動終端的移動距離。確定移動終端的位置的步驟還包括:基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。一種非永久性計算機可讀存儲介質存儲包括用于實現所述方法的程序。從下面的描述、附圖和權利要求，其他特征和方面可以是明顯的。
圖1是示出用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端的示例的框圖。圖2是示出基于通過使用慣性測量單元(IMU)傳感器校正的磁場值，估計移動終端的位置的處理器的示例的框圖。圖3是示出基于通過使用IMU傳感器估計的方向信息和移動距離信息，估計移動終端的位置的處理器的示例的框圖。圖4是示出基于通過MU傳感器校正的磁場值以及通過使用MU傳感器估計的方向信息和移動距離信息，估計移動終端的位置的處理器的示例的框圖。圖5是由基于磁場地圖的定位系統使用的定位方法的示例的流程圖。除非另外描述，貫穿附圖和詳細描述，相同的附圖標號將被理解為表示相同元件、特征和結構。為了清楚、示出和方便，可夸大這些元件的相對大小和描述。
具體實施例方式提供以下的詳細描述，以幫助讀者獲得在此描述的方法、設備和/或系統的全面理解。因此，在此描述的系統、設備和/或方法的各種改變、修改和等同物將被提供給本領域的普通技術人員。描述的處理步驟和/或操作的進程是示例，但是，處理步驟和/或操作的順序不限于在此的描述，在步驟和/或操作不是必需以特定順序發生的前提下，可以以本領域中已知的方式改變處理步驟和/或操作的順序。此外，為了更加清楚和簡明，可省略已知功能和結構的描述。圖1示出用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端100的示例。移動終端100包括存儲器110、磁場傳感器120、慣性測量單元(IMU)傳感器130和處理器140。存儲器110存儲與磁場地圖相關的信息。磁場地圖包括在預定范圍的區域(例如，移動終端100的位置的估計將被執行的區域)所包括的位置處預先測量的磁場值。在該示例中，位置可包括按預定間隔的位置、允許將測量磁場值的位置和/或移動終端100能夠到達的位置。另外，位置可包括三維(3D)空間內的位置，而不是在二維(2D)平面內的位置。例如，可利用移動終端100估計室內位置，例如，高層建筑物和其他類型的建筑物的內部。可在高層建筑物的每一層的固定位置(例如，在2D平面視圖中觀看時的相同位置)處測量磁場值。雖然固定位置在2D平面視圖中表現為相同，但是固定位置在3D空間中包括不同的海拔。因此，測量的磁場值互不相同。另外，存儲器110可存儲與區域對應的磁場地圖。S卩，存儲器110可存儲磁場地圖以估計區域中的位置。在該示例中，高層建筑物的每一層可被包括在所述區域中。磁場傳感器120測量移動終端100的位置處的磁場值，并且IMU傳感器130測量移動終端100的加速度值和陀螺值。在該示例中，磁場傳感器120可測量與移動終端100的位置對應的包括X軸、y軸和z軸的三個軸中的每一軸的磁場值。IMU傳感器130可包括用于測量X軸、y軸和z軸的加速度值的加速度計以及用于測量X軸、y軸和z軸的陀螺值的三個陀螺儀。如這里使用的，術語“陀螺值”表示由陀螺儀測量的旋轉和方向的值。處理器140將由磁場傳感器120測量的磁場值與存儲在存儲器110中的磁場地圖相比較。基于該比較，處理器140從磁場地圖所包括的點當中，將包括與測量的磁場值相似或相同的磁場值的點估計為移動終端100的位置。
當在磁場傳感器120測量移動終端100的位置處的磁場值的同時，移動終端100傾斜時，測量的磁場值包括傾斜誤差。傾斜誤差是由于磁場傳感器120的傾斜而包括在測量的磁場值中的誤差。在該示例中，傾斜誤差可通過三個軸中的每一個軸的旋轉的程度來表示。三個軸中的每一個軸的旋轉的程度可通過俯仰(pitch)、橫滾(roll)和偏航(yaw)來表示。當移動終端100傾斜時，包括在移動終端100中的磁場傳感器120也相應地傾斜。在該示例中，由磁場傳感器120所測量的X軸、y軸和z軸中的每一個軸的磁場值與由沒有傾斜的磁場傳感器所測量的X軸、y軸和z軸中的每一個軸的磁場值不同。磁場傳感器120將包括傾斜誤差的磁場值提供給處理器140，并且處理器140基于包括傾斜誤差的磁場值估計移動終端100的位置。因此，處理器140可不準確地估計移動終端100的位置。處理器140通過使用MU傳感器130來校正磁場傳感器120的傾斜誤差。S卩，處理器140基于由IMU傳感器130測量的加速度值和/或陀螺值校正磁場傳感器120的傾斜誤差，這將參照圖2詳細描述。在進一步的示例中，處理器140可將例如爾曼濾波器、粒子濾波器、馬爾可夫定位和/或其它類型的方法用作估計移動終端100的位置的定位方法。當在定位方法(諸如，粒子濾波器)被執行時將被用于估計位置的中間結果值發生誤差時，所述方法可不準確地估計位置。定位方法(諸如，粒子濾波器)可基于根據先前的循環估計的位置來執行后續的循環，并且可重復地執行這種處理以估計最終位置。例如，由于磁場傳感器120被外部因素影響，所以可發生在上面描述的方法的缺點。在該示例中，當磁場傳感器120測量磁場時，在磁場地圖產生時不存在的磁性物質可偶然存在于移動終端100附近。當在估計移動終端100的位置被估計的同時，由磁場傳感器120測量的磁場值被外部因素中斷時，將被用于估計位置的中間結果值可存在誤差。因此，由處理器140估計的移動終端100的位置還可包括誤差。處理器140通過使用IMU傳感器130來防止這種誤差的發生。處理器140基于由MU傳感器130測量的加速度值和陀螺值、存儲在存儲器110中的磁場地圖和由磁場傳感器120測量的磁場值來估計移動終端100的移動方向和/或移動距離。因此，當定位方法(諸如，粒子濾波器)被操作時，防止估計的位置改變到與移動終端100的實際位置不同的點。將參照圖3提供詳細的描述。圖2示出基于通過使用MU傳感器校正的磁場值，估計移動終端的位置的處理器的不例。用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端包括存儲器210、磁場傳感器220、IMU傳感器230和處理器240，其分別對應于圖1的存儲器110、磁場傳感器120、IMU傳感器130和處理器140。處理器240執行定位方法。更詳細地講，處理器240包括磁場值校正器241和第一位置估計器242。磁場值校正器241基于由IMU傳感器230測量的加速度值231和陀螺值232校正由磁場傳感器220測量的磁場值221。磁場值校正器241包括傾斜誤差計算器243，傾斜誤差計算器243基于加速度值231和陀螺值232計算移動終端(例如，磁場傳感器220)的傾斜誤差。磁場值校正器241還包括磁場值校正實現器244，磁場值校正實現器244基于計算的傾斜誤差實現測量的磁場值221的校正。
例如，磁場傳感器220測量與移動終端的位置對應的X軸、y軸和z軸中的每一個軸處的磁場值221,并且在三個軸測量的磁場值可分別被表不為mx、my和mz。IMU傳感器230測量在X軸、y軸和z軸中的每一個軸處的加速度值231和陀螺值232。在三個軸測量的加速度值可分別被表示為^^、、和Ciz，并且在三個軸測量的陀螺值可分別被表示為cox、coy和ωζ。在該示例中，磁場傳感器220的傾斜誤差可通過移動終端的俯仰Θ、橫滾φ和偏航Ψ表示。傾斜誤差計算器243可分別基于等式I和等式2計算俯仰Θ和橫滾φ。[等式I]
權利要求
1.一種用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端，包括: 存儲器，被配置為存儲包括按位置的磁場值的磁場地圖； 磁場傳感器，被配置為測量在移動終端的位置處的磁場值； 慣性測量單元傳感器，被配置為測量移動終端的加速度值和陀螺值； 處理器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動終端的位置。
2.根據權利要求1所述的移動終端，其中，陀螺值包括移動終端的旋轉值和方位值。
3.根據權利要求1所述的移動終端，其中，處理器包括: 磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值； 第一位置估計器，被配置為基于磁場地圖和校正的磁場值確定移動終端的位置。
4.根據權利要求3所述的移動終端，其中，磁場值校正器包括: 傾斜誤差計算器，被配置為基于加速度值和陀螺值確定移動終端的傾斜誤差； 磁場值校正實現器，被配置為基于傾斜誤差校正磁場值。
5.根據權利要求4所述的傾斜誤差包括俯仰、橫滾和偏航。
6.根據權利要求1所述的移動終端，其中，處理器包括: 第一方向產生器，被配置為基于磁場值和加速度值產生第一方向信息； 第二方向產生器，被配置為基于加速度值和陀螺值產生第二方向信息； 方向信息權重設置單兀，被配置為基于第一方向信息和第二方向信息設置方向信息權重。
7.根據權利要求6所述的移動終端，其中，方向信息權重設置單元被進一步配置為: 從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值； 如果第一值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第二方向信息； 從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值； 如果第二值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第一方向信息。
8.根據權利要求6所述的移動終端，其中，處理器還包括: 移動距離計算器，被配置為基于加速度值確定移動終端的移動距離； 第二位置估計器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。
9.根據權利要求1所述的移動終端，其中，處理器包括: 磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值； 方向信息產生器，被配置為基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設置移動終端的方向信息權重； 移動距離計算器，被配置為基于加速度值確定移動終端的移動距離； 第三位置估計器，被配置為基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。
10.根據權利要求1所述的移動終端，其中，處理器被進一步被配置為基于粒子濾波器或卡爾曼濾波器或馬爾科夫定位或粒子濾波器、 卡爾曼濾波器和馬爾科夫定位的任意組合，確定移動終端的位置。
11.一種用于移動終端所包括的基于磁場地圖的定位系統的定位方法，包括: 確定包括按位置的磁場值的磁場地圖；測量移動終端的位置處的磁場值；測量移動終端的加速度值和陀螺值；基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動終端的位置。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，陀螺值包括移動終端的方位值和旋轉值。
13.根據權利要求11所述的方法，其中，確定移動終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值；基于磁場地圖和校正的磁場值，確定移動終端的位置。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，校正的步驟包括:基于加速度值和陀螺值確定移動終端的傾斜誤差；基于傾斜誤差校正磁場值。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，傾斜誤差包括移動終端的俯仰、橫滾和偏航。
16.根據權利要求11所述的方法，其中，確定移動終端的位置的步驟包括:基于磁場值和加速度值產生第一方向信息；基于加速度值和陀螺值產生第二方向信息；基于第一方向信息和第二方向信息設置方向信息權重。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，設置的步驟包括:從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值；如果第一值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第二方向信息；從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值；如果第二值大于預定閾值，則將方向信息權重設置為第一方向信息。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，確定移動終端的位置的步驟包括:基于加速度值確定移動終端的移動距離；基于磁場地圖、磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。
19.根據權利要求11所述的方法，其中，確定移動終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值；基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設置移動終端的方向信息權重；基于加速度值確定移動終端的移動距離；基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權重和移動距離確定移動終端的位置。
全文摘要
公開了一種用于基于磁場地圖的定位系統的移動終端及其方法。所述移動終端包括存儲器，被配置為存儲包括按位置的磁場值的磁場地圖。所述移動終端還包括磁場傳感器，被配置為測量在移動終端的位置處的磁場值。所述移動終端還包括慣性測量單元(IMU)傳感器，被配置為測量移動終端的加速度值和陀螺值。所述移動終端還包括處理器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動終端的位置。
文檔編號G01C21/00GK103148848SQ201210519569
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月6日 優先權日2011年12月7日
發明者金勇 , 金應善, 尹志賢 申請人:三星電子株式會社