用于確保個人導航設備的服務的持續性的方法及其設備的制作方法
【專利摘要】描述了一種在GNSS衛星信號接收不足的情況下用于確保便攜式導航設備（10）服務的持續性的方法，其中用戶通過數據輸入裝置（115）為便攜式導航設備（10）提供關于設備（10）的當前位置的第一數據，而且其中，個人導航設備（10）使用用戶輸入的所述第一數據和來自與便攜式導航設備（10）關聯的定位工具（105、110、127、170、180、190）的第二數據并且不使用GNSS衛星信號，來計算其自己的位置。
【專利說明】用于確保個人導航設備的服務的持續性的方法及其設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于確保個人導航設備的服務的持續性的方法并且涉及下文中也稱為PND (“個人導航設備”)的關聯設備。
[0002]更具體而言，本發明涉及用于確保個人導航設備的服務的持續性的方法，其中個人導航設備在GNSS衛星信號接收不足的情況下使用而且，尤其是，當設備在一段時間的閑置之后開啟時。
【背景技術】
[0003]商用的個人導航設備現在已經很普遍，這種設備可以在走路或開車的時候使用，而且可以給予用戶關于設備本身地理位置的信息。
[0004]所述個人導航設備通常利用從屬于所謂全球導航衛星系統(GNSS)的合適衛星發送到地球的信息，GNSS包括GPS系統、GL0NASS系統及仍處于開發當中的歐洲GALILEO系統
坐坐寸寸。
[0005]所述設備的缺陷是如果他們不能從這種衛星接收到足夠數目的信號，它們就不能正確工作或者完全不能工作。例如，這會在室內區域及，一般而言，衛星所發射的無線電信號由于其路徑上的障礙物而不能到達個人導航設備的任何地方發生。此外，當這種設備在關閉或停用之后重新開啟時，為了計算其自己的位置，必須等個人導航設備執行多個操作來獲取衛星信號。對于GPS類型的GNSS衛星系統，這種獲取操作用技術術語來說被稱為“GPS固定”。
[0006]用于獲取衛星信號的這些操作需要一定的時間，定義為“第一固定時間”，依賴于各種因素，這個時間段會更長或更短，除別的之外，所述因素包括從設備最后關閉開始所經過的停用時間及個人導航設備本身的計算效率。無論如何，所述時間段都會從幾十秒至幾分鐘變化，這導致用戶不能從個人導航設備快速獲得對知道他/她位置及到達期望目的地必須沿著的路線有用的任何信息的不便。
[0007]使這種等待甚至更加討厭的是用戶實際上常常完全知道他/她的當前位置的事實，例如，就像在開始旅程的情況下。這一般是在閑置一段時間后用戶剛開啟個人導航設備的時刻。
[0008]換句話說，用戶通常知道要計劃的路線的起點，這可以是例如他/她的家或者工作地點、他/她之前目的地的某個地址、一個興趣點(機場、賓館、停車場)，等等。
[0009]而且，起點常常位于室內環境中(私人住宅、公共建筑物、封閉的停車區域、車庫)或者人口密集的區域中(老城區中心、有許多摩天大樓的鎮區)，在這些地方衛星接收非常差或者完全缺失。為此，用戶被迫“盲目地”四處移動，即，沒有來自個人導航設備的路線指示，搜索確保衛星定位信號接收的開放地點，然后他/她必須在那里等待，直到獲得衛星信號。
[0010]同樣，在旅程期間，也可能發生到GNSS系統的連接由于妨礙衛星信號的障礙物(例如，隧道、摩天大樓)存在而丟失或者定位信息由于衛星信號接收不足或不完全而變得極其不正確或不可靠，使得個人導航設備檢測到的當前位置是錯誤的或者總之受到了對于其被認為可靠而言過大的不確定裕量的影響。
[0011]在以上提到的衛星信號丟失或接收不足的情況下，本領域中已知的個人導航設備以不同的方式反應。
[0012]例如，當被開啟時，有些個人導航設備假設當前位置是在設備最后關閉時檢測到的那個位置。這種假設完全是隨意的而且常常不是真的，而且因此是完全不可靠的，而且，在沒有首先通過借助衛星固定操作進行的實際位置的計算來接收對假設位置的確認的情況下，個人導航設備不可能確信假設位置的正確性。
[0013]在旅程期間衛星接收停止的情況下，有些個人導航設備嘗試通過做更多或更少關于中斷之前設備運動狀態的似乎真實的假設來推導當前位置，并且利用可從其它來源，諸如可用的地圖，獲得的信息來交叉檢查這種數據。
[0014]例如，當行駛到一個公路隧道中時，放在車上的個人導航設備不再能從衛星監測到信號，而且因此假設用戶沿著相同的公路以與進入隧道之前相同的速度保持行駛，直到它再次接收到有效GNSS信號，該有效GNSS信號允許它根據更可靠的數據獲得位置。
[0015]這種技術只在特定的情況下可以獲得滿意的結果，該特定情況諸如是所述的情況，其中衛星接收中斷的造成原因是事先已知的而且在所述中斷期間個人導航設備可以沿著的路徑也是明確知道的:唯一一個未知的變量是瞬時速度，這可以假設成是恒定的并且等于進入隧道之前檢測到的速度。
[0016]但是，就整體情況而言，這種技術的使用不能獲得可以接受的結果。例如，當信號由于限制衛星可見性的附近建筑物而在城區中丟失時，這種技術就因為許多附近十字路口的存在而不適用，因此具有個人導航設備的車輛會沿著不可能事先預見的各種備用路線。
[0017]當GNSS信號接收丟失時，有些個人導航設備利用稱為INS (“慣性導航系統”)的用于運動檢測的慣性系統的存在(陀螺儀傳感器、加速計等)，和/或其它傳感器或測量儀器(例如，磁力計、高度計、里程表)，通過從前一時刻已知的位置開始并且通過計算其間所覆蓋的路徑，這些系統允許獲得瞬時位置。總體上，該組INS系統及所述其它測量儀器作為整體構成一類不依賴于GNSS系統的定位工具；在本描述的范圍內，這些工具可以定義為“定位工具”，因為它們允許個人導航設備通過用于關連、處理和交叉檢查由這種工具提供的數據的合適算法直接地或者間接地獲得其自己的當前位置。
[0018]屬于慣性導航系統組的加速計還可以檢測它們所錨定的裝置或對象的空間朝向；因而，當實現多個功能性時，它們可以用于那個目的，如以下將更具體描述的。
[0019]慣性導航系統通常基于通過從由合適陀螺儀測出的加速度值開始執行的二重積分運算；因此，小的測量誤差會隨時間累積并且損害計算出的位置的準確性，如果更可靠的位置數據不可獲得的話，則這會很快降至可以接受的水平之下，基于更可靠的位置數據可以做出補償性校正。這種誤差累積現象通常被稱為“漂移誤差”。
[0020]包括慣性導航系統的個人導航設備有必要頻繁地從GNSS系統獲得新的絕對位置，以校準通過慣性導航系統計算出的位置，否則，隨著所穿行空間的增加，所提供的位置的不確定性將很快變得不可容忍。
[0021]因此，包括慣性導航系統的那些個人導航設備也有缺陷，它們只能在初始絕對位置已知的時候工作，當GNSS信號不可用時，它們不能得到該位置。因為它們的工作原理，所以它們只能關于已知的初始位置計算相對運動。因此，當個人導航系統不知道基于GNSS信號獲得的初始絕對位置的任何時候，就像在設備在長期閑置之后開啟的情況下，個人導航設備中慣性導航系統的存在根本就是沒有益處的。
【發明內容】
[0022]因此，本發明的一個目標是提供用于確保個人導航設備服務的持續性的方法，該方法允許在設備長期閑置之后開啟時完全消除對設備位置計算的等待。
[0023]本發明的另一個目標是提供用于確保個人導航設備服務的持續性的方法，當設備在長期閑置之后開啟時，不需要為了能夠基于來自GNSS系統的衛星的無線電電信號計算其自己的位置而被帶到一個開闊地點。
[0024]本發明的另一個目標是提供用于確保個人導航設備服務的持續性的方法，該方法具有減小的漂移誤差而且該方法不需要接收來自GNSS信號的關于其自己位置的數據。
[0025]本發明還有另一個目標是提供用于確保個人導航設備服務的持續性的方法，該方法允許校正用戶基于他/她自己的觀察發現是錯的“聯機”位置。
[0026]本發明的這些及其它目標是通過如所附權利要求中所述的用于確保個人導航設備服務的持續性的方法及其設備實現的，所述權利要求要成為本描述的組成部分。
[0027]簡而言之，本發明涉及用于確保個人導航設備服務的持續性的方法，該方法在GNSS衛星信號的接收不足而且個人導航設備不能準確確定其自己的位置的時候使用。
[0028]GNSS衛星信號的接收不足主要發生在兩種情況下:當設備在長期閑置之后開啟時，或者當衛星信號由于衛星和設備自身之間的障礙物而丟失時。
[0029]根據本發明的方法需要用戶把他/她自己的位置輸入到設備中，從而為設備提供初始數據，隨后該數據連同來自與其關聯的定位工具的其它數據一起被設備用于確定其自己的位置，同時等待足量的衛星信號，以允許設備正常工作。
[0030]這種定位工具包括，例如，高度計、磁性指南針、慣性導航系統、里程表、速度計等。
[0031]用戶不需要關于精確的地理坐標，即，緯度和經度，知道他/她自己的位置。事實上，他/她為設備提供一般性的指示，諸如像興趣點的位置或者關閉之前設備中所存儲的最后位置，就夠了，或者可以使用從遠程檔案接收到的圖像。
[0032]本發明進一步的特征在所附權利要求中闡述，所述權利要求要作為本描述的一個組成部分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]通過具體參考附圖，以上目標將從以下對用于確保個人導航設備服務的持續性的方法及其設備的具體描述變得更加顯然，其中:
[0034]圖1示出了混合型個人導航設備的框圖；
[0035]圖2示出了圖1的個人導航設備的第一種工作模式，它實現了根據本發明用于確定其自己位置的方法；
[0036]圖3示出了圖1的個人導航設備的第二種工作模式；
[0037]圖4示出了校準過程的流程圖；
[0038]圖5至15示出了可以在圖1的個人導航設備的屏幕上顯示的屏幕截圖；[0039]圖16示意性地示出了地圖上圖1的設備關于預定參考點的位置；
[0040]圖17說明了用于計算圖16中所示一些距離的方法；
[0041]圖18示意性地示出了圖1的設備關于兩個預定參考點的位置；
[0042]圖19示出了用于計算圖18中所呈現一些點的位置的方法；
[0043]圖20示出了關于把位置手動輸入到圖1的設備中的流程圖。
具體實施例
[0044]現在參考圖1，示出了混合型個人導航設備10的框圖，S卩，既包括GNSS衛星信號接收模塊100又包括慣性導航模塊105，S卩，INS系統。
[0045]模塊100、105都通過例如第一連接總線130連接到微處理器120，它們向該微處理器發送對于計算個人導航設備10的當前位置有用的數據。
[0046]微處理器120是個人導航設備10的控制和計算單元，在其控制下，圖1中所示并且直接或間接連接到其的其它單元可以工作。
[0047]所述其它單元包括存儲器125，其包含對個人導航設備10的操作有用的所有數據，諸如地圖127、用戶數據、配置和個人設置、之前選擇的目的地、興趣點等。
[0048]存儲器125還可以部分地或者完全地包含對于個人導航設備10的操作所必需的固件，而且可以包括一個或多個部分，這些部分可以是易失性或非易失性類型、ROM或RAM類型、與個人導航設備10分開或者固定地集成在其中。
[0049]顯示器或屏幕115允許顯示地圖127、為個人導航設備10計算出的當前位置、位于周圍區域的興趣點及可以圖形形式表示的任何其它信息。
[0050]附加單元110可以包括除衛星信號接收模塊100中和慣性導航模塊105中所包括的那些傳感器或儀器之外的其它傳感器或儀器，這些傳感器或儀器集成到個人導航設備10中，以幫助更準確可靠地確立位置。
[0051]附加單元110 —般包括高度計，即，能夠檢測一個位置從海平面算起的海拔的儀器，和/或能夠檢測地磁極并且通過合適調整還能檢測地理磁極的方向的磁性指南針。
[0052]附加單元110 —般通過連接總線耦合到微處理器120，該連接總線可以與由衛星信號接收模塊100和慣性導航模塊105使用的第一連接總線130共用，就像在圖1所示的情況下。
[0053]術語“連接總線”通常指終端電子裝置之間能夠確保數據及控制與標志信號的交換的任何連接方式。
[0054]可選地，其它傳感器或輔助儀器170可以存在并且通過物理接口設備175間接地與微處理器120關聯。
[0055]當輔助傳感器170通過使用射頻信號的無線連接或位于個人導航設備10外部的有線連接器連接時，會發生這種情況，它們可以通過任何類型的耦合插頭或插座與其關聯。
[0056]例如，輔助傳感器170可以包括自行車的里程表和/或速度計，通過無線連接145與接口設備175關聯，接口設備包括射頻接收器并且轉換從輔助傳感器170接收到的信號，以便通過第二連接總線150使它們能夠讓微處理器120理解。
[0057]例如，輔助傳感器170可以包括車輛的里程表和/或速度計，由車輛的適當數據處理單元或電子控制單元控制，所述數據處理單元或電子控制單元能夠通過第二連接總線150把由所述輔助傳感器170測出的數據發送到微處理器120，其中第二連接總線150經有線或無線連接工作。
[0058]在這種特定情況下，接口設備175包括所述電子控制單元。
[0059]此外，個人導航設備10可以通過接口設備175與無線電移動通訊網絡終端190和/或與WLAN或W1-Fi無線電通信終端180關聯，以便獲得對遠程計算機系統的訪問，其中遠程計算機系統可以提供可以用于定位個人導航設備10的輔助數據。
[0060]特別地，在與車輛關聯的個人導航設備10的情況下，有可能把微處理器120、存儲器125及衛星信號接收模塊100的至少一部分、慣性導航模塊105的至少一部分和附加單元110的至少一部分集成到車輛中，而輔助傳感器170、無線電移動通訊網絡終端190及WLAN或W1-Fi無線電通信終端180包括單獨的設備，這些也可以來自與個人導航設備10的來源或制造商不同的來源或制造商。
[0061]對于能夠輸入數據和命令的用戶來說，適當的輸入單元必須可用。一般而言，輸入單元可以任何形式和方式提供，例如，通過鍵盤、與顯示器關聯的定點(pointing)設備和按鈕、語音命令系統，等等。優選地，本發明的實現在這里是通過使用輸入單元的一種實施例來描述的，輸入單元的這種實施例包括觸摸屏顯示器，即，當外來主體觸摸顯示器時能夠基于顯示器上所表示的圖形信息并基于觸摸位置獲得命令和其它輸入數據的單元。
[0062]在本發明的這種實施例中，顯示器115還充當數據和命令輸入單元。它可以通過任何方式，例如，通過能夠在顯示器115和微處理器120之間交換信號和數據的雙向通信總線116，耦合到微處理器120。
[0063]依賴于個人導航設備10的復雜性、尺寸和預期用途(例如，安裝在自行車或摩托車上、手持、部分或完全結合到車輛中)，顯示器115可以是單獨的或者可分離的單元，或者它可以集成到包含微處理器120和/或圖1中所示其它結構性元件的相同外殼中。
[0064]為了方便根據本發明的當前位置的手動輸入及有些傳感器的操作(例如，集成的磁性指南針)，顯示器115和/或單獨的或可分離的數據輸入單元可以經無線連接(例如，藍牙、W1-Fi)或有線連接連接到個人導航設備10。
[0065]通過基于為模塊105的INS傳感器、模塊100的GNSS傳感器和附加單元110的儀器檢測出的精度和準確度校正衛星接收中的漂移誤差或間隙，由輔助傳感器/儀器170提供的數據可以由微處理器120用于改善由慣性導航模塊105和/或由衛星信號接收模塊100計算出的定位數據。
[0066]個人導航設備10還包括其它結構性元件，諸如電源單元、電池、用于音頻再現的
揚聲器等。
[0067]圖2示出了根據本發明的個人導航設備10的第一種工作模式。
[0068]當其被開啟時，或者在復位操作之后，個人導航設備10開始(步驟200)并且變量FLAG被設置成零(步驟204)。
[0069]然后，微處理器120激活衛星信號接收模塊100，該模塊嘗試接收并獲取GNSS衛星信號，以便計算個人導航設備10的當前位置(步驟208 )，同時優選地在顯示器115上指示信號獲取狀態。
[0070]如果這種嘗試在預定的時間間隔內成功(步驟212)，則當前位置被計算出來(步驟262)并且有可能以個人導航設備10的制造商定義的方式并且根據當前激活的用戶設置在顯示器115上所顯示的地圖上示出。
[0071]只要存在這樣多個GNSS衛星信號允許足夠準確的定位，循環260就以某個頻率重復，以便根據在個人導航設備10中編程的指示來更新位置并計算速度、運動方向及可能與瞬時位置的變化相關并且被認為用戶感興趣的其它量。
[0072]如果定位不能在預定的等待時間間隔內從GNSS衛星信號獲得，或者如果用戶通過輸入單元，例如觸摸屏顯示器115，輸入了合適的停止命令，則驗證FLAG變量的值是否為1 (步驟 216)。
[0073]根據本發明，如果用戶不想手動輸入位置，則FLAG變量取值一，即，他/她已經停用了這個功能。在肯定的情況下，在本發明的所述第一種實施例中，微處理器120促使衛星信號接收模塊100嘗試獲取適于允許定位個人導航設備10的一組衛星信號(循環260)，直到所述位置可以被計算。
[0074]在否定的情況下，警告用戶有效的GNSS信號不可用并詢問他/她是否想使用通過例如經圖5中所示的屏幕來執行手動過程輸入當前位置(步驟220和224)的可能性。
[0075]如果用戶否定地響應，例如，通過觸摸顯示器及輸入單元115上顯示的第一虛擬鍵520 “No”(否)，則FLAG變量被設置成1 (步驟228)，以便存儲這個階段用戶的選擇，并且個人導航設備10返回等待狀態，等待有效的衛星信號(步驟208)。
[0076]相反，如果用戶肯定地響應，例如，通過觸摸顯示器及輸入單元115上顯示的第二虛擬鍵510 “Yes”(是)，則用戶可以借助通過個人導航設備10本身使得可用的數據和命令來執行手動輸入位置的過程(步驟232)，如以下將更具體討論的。通過這個過程，用戶可以向個人導航設備10提供一組適于定義其當前位置的第一數據。
[0077]一旦獲取到了當前位置，個人導航設備10就通過使用慣性導航模塊105及還有可能附加單元110和可用的任何輔助儀器170而不依賴于衛星信號來計算在一定數量的連續時刻所處的位置(步驟236)。
[0078]然后，個人導航設備10驗證在這個期間是否有效的GNSS信號再次變得可用(步驟240)而且，如果沒有，則它檢查漂移誤差是否留在預定的最大閾值之下(步驟244)。在肯定的情況下，重復步驟236和240的序列。如果最大允許的漂移誤差閾值被超過，則系統將返回手動獲取當前位置的步驟232并且將重復已經描述過的步驟236-240-244的序列。
[0079]實質上，只要漂移誤差留在最大閾值之下而且GNSS信號不可用，循環254就重復，而當所述誤差超過最大允許值時，執行更長的循環250，以提示用戶手動輸入位置。
[0080]如果GNSS衛星信號再次變得可用，則微處理器120通過使用GNSS衛星信號接收模塊100激活位置計算(步驟262)并且重復循環260，其中個人導航設備10通過使用衛星信號接收模塊100保持定位其自己。
[0081 ] 簡而言之，在圖2的工作模式中，個人導航設備10等待接收GNSS衛星信號。如果GNSS衛星信號不可用，而且如果用戶這么期望，則當前位置被手動輸入并且后續位置通過使用附加工具105、110、170、180、190來計算，而不依賴于衛星信號，直到GNSS衛星信號再次變得可用。當GNSS接收模塊100不以適當方式工作時，這些工具提供了對計算個人導航設備的瞬時位置有用的一組第二數據。如果漂移誤差超過預定義的最大閾值，則手動輸入過程必須重復，以便再次把漂移誤差帶到所述閾值之下。
[0082]當衛星信號接收模塊100給出的位置不準確或者如果，例如，用戶知道他/她打算進入未被GNSS衛星信號覆蓋的區域(例如，隧道、室內場所、樹林、停車區域等)時，本發明的這第一種實施例不為用戶提供立即切換到不基于衛星信號接收模塊100的工作模式的可能性，在這些情況下優選地是立即切換到不基于衛星信號的工作模式。
[0083]因此，本發明的方法也可以實現成圖3中所示的第二種實施例。
[0084]圖3的第二種實施例與圖2實施例的區別在于，關于通過衛星信號接收模塊10的定位模式，圖2循環260中所包括的步驟368在這個例子中重新編號為360。
[0085]在這種情況下，個人導航設備10周期性地檢查通過衛星信號接收模塊100計算出的位置是否具有比第二預定義閾值高的準確度，或者，用戶已經因為例如他/她已經意識到個人導航設備10所顯示的當前位置是錯的或者不可靠而表示了期望停止這種定位模式。
[0086]當這些條件中至少一個出現時，個人導航設備10退出循環360并且依賴于當前位置是否可以利用非GNSS工具(慣性導航模塊105、附加工具110、170、180、190和地圖127)的幫助被計算出來而不同地動作(步驟372)。
[0087]事實上可能發生:來自所有非GNSS依賴定位工具即慣性導航模塊105、地圖127、附加單元110和與個人導航設備10關聯的外部設備170、180、190(車輛的里程表和速度計、來自無線電移動網絡或者來自其它無線電通信系統的信息)的數據的組合具有個人導航設備10能夠自主地定位的準確程度，而不用通過用戶的手動干預交互地獲取其位置。事實上有可能保持所有非GNSS依賴的定位工具保持活動，以便在衛星信號接收模塊100可以向用戶提供其自己的位置的同時也計算個人導航設備10的位置。
[0088]雖然這一方面增加了定位所需的復雜性和計算能力，但是另一方面這種布置最小化了為確保個人導航設備10服務的持續性所需的用戶手動干預的次數。
[0089]而且，通過交叉檢查由模塊100、105提供的定位數據與從地圖127獲得的那些(道路或其它可行駛或行人地點的存在、海拔、設備可以位于其中的無線電移動或W1-Fi小區)并且通過把這些數據與個人導航設備10的持有人的知識(例如，行人、摩托車或自行車、地面車輛)關連，附加單元110和外部設備170、180、190可以被衛星信號接收模塊100和慣性導航模塊105 二者使用，以便提高所計算出的位置的準確度。
[0090]如果在步驟372執行的關于通過非GNSS工具計算當前位置的可能性的驗證成功，則通過使用這種工具來計算位置，直到再次檢測到GNSS衛星信號的存在(步驟340)并且發現漂移誤差是可以容忍的(步驟344)，從而進入已經作為循環254參考圖2描述過的通過非GNSS依賴工具的計算的循環354。
[0091]相反，如果當前位置不能自主地通過使用非GNSS依賴的工具計算，或者如果用戶退出通過非GNSS依賴的工具計算的循環354，則過程繼續到步驟316，其中檢查用戶是否表示期望通過使用已經參考圖2描述過的用于最初設置并驗證FLAG變量值的相同機制來執行迭代手動位置輸入過程。隨后，驗證(步驟384)1ST_HME變量的值，這個變量最初在步驟305設置成1。
[0092]1ST_TIME變量用于避免詢問用戶若干次他/她是否想激活交互的手動位置輸入過程。如果該過程第一次到達步驟384，則個人導航設備10詢問用戶他/她是否想激活手動位置輸入過程(步驟320);在否定回答的情況下(步驟324)，個人導航設備10把FLAG變量設置成1并且重新進入循環360，等待GNSS衛星信號。在肯定回答的情況下(步驟324)，個人導航設備10手動地從用戶獲取當前位置(步驟332)并且把ISTJIME變量設置成零(步驟390)，以發信號通知已經做了請求；之后進入通過不依賴于衛星信號的工具定位的循環354。
[0093]因此，在其中來自衛星的GNSS信號缺失或者不足的特定情形下，或者在其中用戶因為他/她意識到他/她自己的當前位置由于道路網絡的特定配置(例如，接近平行的道路、地圖數據與估計位置之間的關連誤差、不足的GNSS信號等)因此是錯誤的而停止工作模式的情況下，工作在圖2和3中所述兩種工作模式任意一種的個人導航設備10需要通過用戶的手動干預獲取當前位置，從而允許定位個人導航設備10。
[0094]實質上，當GNSS信號不可用或者不夠時，為了獲得其當前位置，個人導航設備10采用由用戶輸入的一組第一數據和來自非GNSS工具(105、110、127、170、180、190)的一組
第二數據。
[0095]把這種干預最小化并且只在特別需要的時候才執行是有利的和期望的。為了實現這個目標，非GNSS依賴的儀器和傳感器工作在最高可能的準確度是適當的:這也允許最小化尤其是由慣性導航模塊105引入的漂移誤差，其中慣性導航模塊105通過二重積分運算工作。
[0096]例如，高度計不是別的，而是通過測量大氣壓估計從海平面算起的海拔的氣壓計。由于天氣變化，這種測量可能很快就變得不準確，而且高度計必須基于已知的當前海拔重新校準。
[0097]而且使用磁場方向的指南針也受類似需求的影響，雖然就時間而言不太嚴格。事實上，地磁極不與地理磁極相符，而且為此，對于地表的每個地點，有地圖用于校正地理北極與磁北極的實際方向的角度偏移，稱為磁偏角。不像地理極點，磁極移動(雖然很慢)，而且因此在幾個月內地圖就變得過時了。
[0098]甚至里程表或速度計都有可能隨時間經歷操作漂移，而且，如果個人導航設備10能進行校準并且如果所述儀器170提供這種可能性的話，則有必要重新校準這些輔助儀器170;作為一種備選方案，個人導航設備10可以對由這些輔助儀器170提供的定位數據應用校正因子或加數，這些因子或加數考慮了這種漂移并且允許獲得更準確的數據，這對于獲得精確定位是至關重要的。
[0099]圖4說明了為實現這種結果而可以采取的措施。已知GNSS信號依賴于幾種因素，諸如像檢取的衛星信號的個數，可以更準確或更不準確；準確度可以從衛星信號接收模塊100獲得。因此，在已經利用GNSS工具計算出其位置和準確度之后(步驟400)，驗證這種準確度是否超過某個預定的閾值(步驟405)。如果沒有，則不執行校準并且過程結束。在肯定的情況下，通過獲取由儀器測出的物理量的值并且通過將其與從衛星信號接收模塊100獲得的非常準確的值進行比較，在步驟410驗證是否有必要校準具體的儀器。例如，如果從上次校準開始已經經過了某個時間間隔并且已經關于標準的可接受值確認了工作漂移并且要應用到儀器的校準數據不再有效，則它們被更新。這個步驟是通過讀取由輔助儀器提供的輔助定位數據(磁北極的方向、瞬時速度、行進的空間、高度測量)并且通過將它們與可以從由衛星信號接收模塊100提供的具有高準確度的數據獲得的那些數據進行比較來執行的。在否定的情況下，不執行校準并且過程結束；在肯定的情況下，在步驟415校準允許它的所有儀器或者，或作為替代，計算要用于由輔助儀器提供的數據的校正性因子或加數。[0100]例如，在磁性指南針的情況下，個人導航設備10可以利用預定的空間分辨率(例如，幾十或幾百公里)在存儲器中保留所使用的地理區域中存在的磁偏角的地圖。如果，通過讀磁性指南針，個人導航設備10檢測到在某個區域中由存儲器中所存儲的對應地圖所指示的磁偏角與通過衛星信號接收模塊100測出的磁偏角相差預定的容限水平，則個人導航設備10可以利用通過模塊100測出的那些值更新數據。
[0101]例如，這可以通過把磁偏角數據存儲到可重寫存儲器中或者通過讓磁偏角地圖的每個區域都與可以隨時間被個人導航設備10更新的校正性加數關聯來進行，以便考慮地磁極的運動。
[0102]在圖4的校準機制實施例的進一步的例子中，假定設備個人導航設備10放在車輛中并且與車輛的速度計關聯，其中速度計用于在沒有GNSS信號的情況下計算當前位置。
[0103]已知車輛速度計具有有限的精度并且趨于檢測到比實際值高的瞬時速度。當個人導航設備10通過GNSS定位模塊100以高于預定閾值的高準確性成功計算出其自己的位置時，它還可以基于運動的測量，即，以已知的時間距離在相繼的時刻獲得的當前位置的變化，以相同的高準確度計算其自己的瞬時速度。
[0104]因此，在這種特別有利的工作條件下，個人導航設備10可以獲取由輔助定位儀器(速度計)給出的速度并且比較所獲取到的值與通過從由GNSS定位模塊100給出的當前位置開始所獲得的速度。如果這種比較是第一次進行，則設備可以計算由速度計提供的速度讀數的誤差(絕對的或者相對的)并且為某個速度值或者速度間隔把它存儲到包括速度計校正值的校準存儲器中。
[0105]當個人導航設備10必然要使用速度計來計算其自己的位置時，在類型GNSS缺失或信號接收不足時，它使用速度計校準值來校正在這種工作模式中獲取到的值，從而能夠比沒有這種校正值的話更準確地計算其自己的當前位置。
[0106]相反，如果個人導航設備10已經存儲了速度計校準值，則在比較速度計指示的速度與從GNSS定位模塊100間接獲得的速度之后，它驗證之前計算并存儲的校準值是仍然有效還是由于例如速度計老化或者其變化的工作條件(溫度、壓力、濕度、操縱、發送誤差等)而必須更新。
[0107]圖2和3的操作圖僅僅是示例性的。實際上，兩個模塊100、105總是并且在任何情況下都可以在任何可能的時候同時計算當前位置，然后通過考慮所涉及的所有變量選擇在給定時刻被認為更可靠的一個。換句話說，圖2和3可以包括通過慣性導航模塊105計算當前位置的步驟，然后是比較它與通過衛星信號接收模塊100計算出的相同位置的步驟及選擇最好的一個的步驟。在這種情況下，手動輸入當前位置的可能性將只有在這樣獲得的定位不提供令人滿意的結果或者用戶決定停止并行的定位過程并手動輸入它的時候才激活。
[0108]激活交互式手動當前位置輸入過程(圖2的步驟232或者圖3的步驟332)的一種可能的途徑在圖6中示出。
[0109]通過在可能的選項中選擇，用戶被詢問他/她想如何輸入當前位置。通常，用戶不知道鑒于地理坐標(緯度和經度)或者與其數學關聯的數據他/她的位置，而且因此這種手動的當前位置輸入選項優選地不提供，因為它完全是沒有用的或者甚至是起反作用的，因為它將在用戶中造成混淆和困惑。[0110]一般來說，當用戶開啟設備10時他/她所處的地點是已知的而且可以是Pol (興趣點)，即，有用戶特別感興趣的東西的地點，諸如服務站、機場、紀念碑或者其它旅游景點、停車場、露營地、飯店、賓館等。
[0111]這些Pol的位置、名字和其它特征元素(電話號碼、描述等)存儲在個人導航設備10的存儲器125中所包含的地圖127上而且可以被用戶搜索、召回并且有時候還可以添加和/或修改。
[0112]因而，為用戶提供了選擇Pol作為當前位置的可能性(選項610)。在用戶選擇這種輸入模式的情況下，個人導航設備10優選地為他/她提供以智能的方式選擇當前位置Pol的可能性，例如，通過從最近的一個到最遠的一個給出最后選擇的Pol，同時任何情況下都給出根據類型、位置及被認為更適合的其它標準選擇任何Pol的可能性。
[0113]但是，用戶開啟個人導航設備10的地點常常是通過衛星信號接收模塊100和/或慣性導航模塊105在可能附加110或輔助170、180、190傳感器或儀器的幫助下，即借助GNSS定位工具的全集，而計算出和知道的最后位置。
[0114]因此，這個位置可以作為當前位置輸入模式的第二選項(選項620)呈現。通常個人導航設備10以非易失的方式存儲最后知道的位置，使得即使個人導航設備10關閉并且然后再開啟它也留在存儲器中。由于個人導航設備10通常是在到達旅途目的地時關閉的并且留在那個地點，因此這常常也是其再次開啟時所處的地點，而且，接收允許定位個人導航設備10的有效衛星信號可能因為需要進行衛星固定或者因為GNSS衛星的障礙情形而是耗時的或者甚至不可能的。
[0115]輸入當前位置的另一種有利途徑包括由個人導航設備10存儲的最近目的地中的一個(步驟630)。一般來說，事實上，個人導航設備10自動地保存目的地地點，諸如像Pol、街道地址等，這些是在個人導航設備10的工作壽命期間選擇的。由于有可能已經輸入的某個目的地就是新旅程的起點，因此給予用戶通過從已經輸入并且自動保存的目的地列表中選擇它來快速選擇的可能性，其中保存優選地是以字母次序或者按顛倒的輸入時間次序，即，從最新到最舊。
[0116]當然，有可能用戶知道個人導航設備10當前所在地點的位置是關于街道地址或十字路口，因為他/她可以直接從現場指示(指示地點和/或街道名字的路牌、建筑物上的門牌號碼等)和/或從以別的方式從第三方(例如，由其他人傳送的)獲取的信息獲取這種信息。因而，給予用戶以這種形式(虛擬鍵640)輸入當前位置的可能性；因此，他/她被請求輸入對識別街道地址或十字路口所必需的數據，諸如國家、城鎮、街道名稱、街區名稱、門牌號碼等。有利地，個人導航設備10的微處理器120將自動地把這種街道地址或十字路口存儲在存儲器125中最近的目的地和/或Pol中，使得它可以容易地被召回，供將來使用。
[0117]由于根據本發明的方法，當他/她還舒服地呆在有可能不能接收到衛星信號的家里或者封閉的建筑物中時，用戶就可以事先輸入用于一個旅程的已知起始位置，把所述位置存儲為期望的起始位置用于下次激活，并且然后關閉個人導航設備10。
[0118]以這種方式，當個人導航設備10再次開啟時，一般是在停車場或在需要一些時間獲取衛星信號的地點，它將能夠使用之前由用戶編程并且用戶知道的起始位置來通過慣性導航模塊105和其它非GNSS依賴的輔助工具170計算當前位置，直到GNSS信號再次變得可用。在圖6所示手動輸入模式的列表中，也可以添加之前由用戶輸入并存儲或者預先編程的這種位置。這消除了當由于缺失GNSS衛星信號而沒有導航指令可用時煩人的初始時間空間:用戶不再被迫為了進入由GNSS衛星覆蓋的區域而等待和/或走到室外。
[0119]相同的過程可應用到個人導航設備10上可選擇的任何其它地理點或地點，諸如像旅程到達地點。因此，可以設想提供對應的第五種當前位置輸入模式，稱為預先編程點模式，這對應于圖6的虛擬鍵645。這種當前位置選擇模式的優點是它可以立即被用戶召回并且不需要用戶執行長的交互過程來從列表或地圖選擇位置，也不需要輸入任何地址或十字路口。
[0120]在以到目前為止所述的五種當前位置輸入模式(Pol、最后的已知位置、最近的目的地、地址/十字路口、預先編程點)任意一種輸入當前位置的步驟結束時，個人導航設備10都可以在顯示器115上向用戶顯示剛在地圖上輸入的當前位置，優選地是以預定的縮放水平和以某個比例尺在所述位置居中，這可以依賴于例如所述位置(街道、Pol、十字路口)附近的物體的密度和/或還依賴于可以由用戶預先設定的值，同時調整個人導航設備10的工作模式。
[0121]這種在顯示器115上顯示的地圖屏幕的一個例子在圖8中說明。顯示器115的這個屏幕有可能之前有一個解釋其中可用的調整和命令的消息，如圖7中所示。作為替代，虛擬幫助鍵(未示出)可以添加到圖8的屏幕，當按下該鍵時，顯示如圖7中所示的幫助屏幕；這個幫助屏幕還可以在經過預定時間而沒有在顯示器115上選擇任何命令之后自動顯示。
[0122]不管用戶關于當前位置輸入方法做出什么選擇，在某個時間點，顯示器115都可以顯示以由用戶手動輸入的當前位置為中心的地圖區域，既為了接收所輸入位置的正確性的確認，也為了對所述正確性進行任何校正或驗證，從而有可能的話增加所輸入位置的準確度。一旦用戶已經確認了所輸入的位置，它就可以作為個人導航設備10的當前位置被使用，個人導航設備10將基于可用的非GNSS定位工具(慣性導航模塊105、附加單元110和輔助工具170、180、190)使用這個位置來計算下一個位置。
[0123]圖8的屏幕提供了通過虛擬調整條820改變所顯示地圖的縮放水平的可能性，及通過十字鍵(cross keypad)移動所顯示的地圖區域的可能性。優選地，最初顯示的地圖區域以選定的位置為中心。例如，由用戶以不管何種方式輸入的當前位置在地圖上通過位于所輸入位置的點P來指示；用戶可以確認其精確度或者，例如，通過在正確的地點觸摸地圖并且通過按下虛擬鍵831確認該位置來重新定義該位置，如在圖7的幫助屏幕700中所描述的。
[0124]可以按任何方式幫助用戶驗證所輸入位置的正確性和準確度。如果個人導航設備10在其存儲器中具有關于地圖127中當前框定的或者以任何方式位于離要確認的所輸入當前位置比預定值短的距離處的對象或實體的信息，則它可以在顯示器115上顯示這種信息。例如，如果建筑物840的圖像在存儲器中存在，則這種圖像或者自動地或者在用戶請求時在顯示器115上顯示。個人導航設備10可用的所有信息都可以為所顯示的地圖區域順序地或者同時顯示，諸如街道號、街區和街道名稱、具有關聯信息的Pol、具有時間指示的最后知道的位置、具有時間指示的最后知道的目的地、對象或地點的照片、圖像和視頻，等等。
[0125]為了避免顯示可能難以看到的太多輔助指示，這些指示可以應用戶輸入的選擇性命令而按組顯示。所有在地圖顯示中被框定并且個人導航設備10對其具有輔助信息的對象(建筑物、紀念碑和其它地理地點)都可以用任何圖形方式標記，使得用戶隨后可以通過在期望的對象上觸摸屏幕來選擇要在顯示器115上顯示的感興趣的那些對象。
[0126]在存在取自不同已知位置的所述對象的圖像的情況下，如果有可能還在地圖上顯示那個位置，則可以給從最靠近當前位置的位置拍攝的圖像以優先權，從而給用戶一些參考點，基于這些點，他/她可以關于那個拍攝位置確立個人導航設備10的當前位置。可交互式探索的圖像也是可用的，這些圖像是利用能夠捕捉幾乎從給定地理位置可以觀察到的整個三維視場的專門拍攝裝置捕捉的。
[0127]例如，稱為Google街景(下文中簡單地稱為GSV)的系統已經在互聯網上可用，它允許利用專門車輛捕捉的地理環境的交互式在線探索。
[0128]個人導航設備10可以訪問GSV系統并且向其發送關于當前選定位置的數據，檢索圍繞那個位置的地圖區域中任何可探索的圖像，在顯示器115的屏幕上顯示它們，并且允許用戶“探索”假想的當前位置周圍的區域，從而允許他/她驗證其正確性和準確度并且如果必要的話相對容易地校正它。事實上，用戶可以比較在顯示器115的屏幕上顯示的、由GSV系統提供的圖像與他/她周圍的實際圖像，并且在三維環境中移動，直到他/她找到具有與從實際當前位置可以看到的相同場景的地理位置。
[0129]例如，如果個人導航設備10是便攜式的，則用戶可以移動到與可探索圖像具有最大相似性的地理點并且隨后把對應于從其捕捉到GSV圖像的拍攝點的當前位置手動輸入個人導航設備10。通過這種系統使得可用的圖像一般是在幾個月或者幾年之前拍攝的，因此有些地標細節(建筑物、樹)可能在其間已經發生了變化，但是在大多數情況下任何差別都不至于會妨礙用戶從由GSV系統所提供的圖像正確地識別實際地點。
[0130]優選地，個人導航設備10配備磁性指南針并且具有用于磁偏角校正的合適數據，使得即使在缺少任何有效衛星信號的情況下也知道基點的方向；而且，例如，當其被用戶持在手中或者放在車上時，慣性導航模塊105可以即時檢測個人導航設備10的朝向。當用戶在可探索圖像的虛擬環境中移動時，個人導航設備10還可以在顯示器115的屏幕上一個瞬間一個瞬間地指示所顯示的可探索圖像被拍攝的方向，因為它知道可探索圖像的拍攝朝向，如由GSV系統即時提供的:這幫助用戶確定他/她自己的朝向并且更容易地找出實際場景與屏幕上由GSV系統顯示的場景的對應性。這種指示可以在顯示器115的屏幕上所示出的地圖上顯示或者關于當顯示由GSV系統提供的圖像時設備10所取的實際朝向。
[0131]用戶可以在這些可探索圖像中交互地移動并且改變他/她的視場，或者通過在環境中通過線性平移“移動”或者通過在不同的方向(高-低和右-左)“查找”或者通過放大或縮小所顯示的區域，所有這些都在預定義的方向和限制中。因此，可以使用與圖8中所示虛擬記錄條820并且與虛擬十字鍵830相似的觸摸屏圖形控制接口。
[0132]用戶可以快速地從GSV顯示切換到對應的地圖顯示(例如，存儲在個人導航設備10中的地圖)是有利的，從而顯示可探索圖像的拍攝位置和最后顯示的圖像的取景方向，因此用戶可以立即定位對應于由剛觀察到的可探索圖像和拍攝所顯示圖像的方向組成的那個場景的地圖位置。
[0133]作為例子，參考圖8、9和10。假定在手動輸入當前位置結束時，在到目前為止所述的任何一種模式中并且還在以下將描述的一種模式中，用戶把由圖8中點P指示的位置規定為當前位置。在這個點，由于個人導航設備10能訪問GSV系統，因此它向所述系統發送所述假想當前位置的坐標，并且該系統通過發送從第二個點P’捕捉到的可探索圖像來應答，其中P’是最靠近點P的點，可探索圖像對這個點可用。
[0134]確保這只在第二個點P’離P的距離比預先設置值短的情況下發生是有利的；否貝U，就警告用戶不存在離個人導航設備10的假想位置足夠近的GSV圖像。個人導航設備10接收第二個點P’的圖像并且在顯示器115的屏幕上連同關聯的接口控件一起顯示它們，通過所述接口控件，用戶可以在各個方向并且利用不同的縮放水平探索GSV圖像，如通過圖10中的例子示意性地示出的。
[0135]在任何時刻，用戶都可以從顯示GSV圖像切換成顯示圖9中所示的地圖，或者反之亦然，分別是通過快速切換鍵1030 (圖10)和960 (圖9)。在地圖上指示拍攝點P’，以及通過與中心在圖9的第二個點P’的圓850相對的三角形的頂點，指示當前活動的GSV圖像的拍攝方向。兩條虛線860、870代表由圖10中所示GSV圖像覆蓋的視角。通過直接在圖9的地圖顯示上拖動它或者當顯示GSV圖像時通過使用具體的虛擬鍵(圖10中未示出)，用戶可以執行第二個點P’的位置的平移運動，當然只在圖像可用的方向中。
[0136]假定個人導航設備10和用戶實際是在靠近點P和第二個點P’的一個位置，因此用戶可以看到建筑物840及圖8和9的地圖上所顯示并且在該區域的GSV圖像中可見的大多數周圍建筑物。有可能在GSV圖像中存在的樹1020已經因為在圖像捕捉之后死亡而在其間被砍掉了，或者這棵樹已長大并且看起來與用戶看到它的時候不同了。還有可能鎮政府決定用更先進和功能化的路燈替換圖10的路燈1010。但是，這些變化將肯定不會妨礙用戶識別他/她所處的地點及相對容易和準確地識別他/她的當前位置。因此，通過比較當用戶足夠靠近個人導航設備10時用戶可以從他/她的視點看到的實際場景與之前由GSV系統捕捉到并在同一設備10的顯示器115上交互性示出的那些場景，用戶可以通過在GSV環境中或者等效地在地圖上移動而容易地找到他/她所處的位置，直到他/她實際能看到的與由GSV系統所示出的盡可能多地匹配。
[0137]當用戶認為他/她已經找到他/她的位置之后，他/她把那個位置輸入個人導航設備10中，例如，通過按下圖9的虛擬鍵970或者通過經在對應于那個位置的點在地圖上觸摸屏幕115而輸入假想的正確當前位置。
[0138]為了最小化發送GSV圖像所需的頻帶占用，可以設想當建立連接并且向GSV系統請求圖像時個人導航設備10發送關于顯示器115分辨率的數據或者以任何方式關于圖像期望分辨率的等效信息。因而，如果必要的話，則GSV系統可以縮放圖像，以獲得所請求的分辨率或者以任何方式適合個人導航設備10的屏幕115的分辨率，而不用發送不能向終端用戶顯示的無用的可見信息。
[0139]由GSV系統提供的圖像可以本地存儲到存儲器125中，或者它們可以通過到個人導航設備10的無線電接口 180的WLAN (無線LAN)連接或者通過經利用無線電移動終端190的數據通信(直接地或者間接地，如以下將更具體解釋的)所建立的數據連接從互聯網下載。
[0140]因而，五種當前位置輸入選項可以由第六種選項(圖6的虛擬鍵650)來補充，包括以交互的方式在地圖上直接輸入位置，仍然利用個人導航設備10中可用的信息和功能的幫助。當用戶在顯示器115的屏幕上選擇這個選項時，后者將根據各種模式顯示存儲在個人導航設備10的存儲器125中的地圖的區域。
[0141]作為第一步，所顯示的初始地圖區域可以是由用戶或者由制造商預定義的區域，例如，由用戶或者由制造商設置的洲、國家或者地理區域。如果個人導航設備10能夠訪問無線電移動電信網絡接口，則它可以從所述網絡獲取無線電移動小區的覆蓋區域，設備10在這個區域而且在地圖上居中并且基于個人導航設備10連接到的無線電移動網絡的基站的位置和覆蓋來調節縮放水平。應當指出，這種信息可以直接地通過以任何方式結合到個人導航設備10中的無線電連接接口或者間接地通過無線電移動信號190來獲取，其中該無線電連接接口可以與圖1中未示出的專用網絡接入SM卡關聯，而個人導航設備10可以經無線或有線的任何類型的連接例如通過接口設備175 (藍牙、USB等)來與無線電移動信號190通信。
[0142]一旦地圖已經基于任何選定的標準(諸如以上所述的標準之一)在初始配置中示出，就可以給予用戶直接在地圖上交互式輸入當前位置的可能性，例如，通過用手指或任何其它尖頭物體來觸摸屏幕115上所顯示的地理地圖上的對應點。用戶可能之前已經以已關于與地圖顯示的用戶交互而參考圖8描述的類似方式選擇了要在地圖上顯示的地表區域和相關聯的縮放水平。當所顯示的地圖還包括對應于當前位置的點并且用戶觸摸那個點時，個人導航設備10將獲取那個當前位置并且從那個時刻向前使用它來計算接下來的時刻它自己的位置。
[0143]為了避免連接到GSV系統的服務器的需求，可以設想每次當互聯網可以訪問而且所述服務器可以到達時，個人導航設備10就在正常操作期間或備用模式中“在后臺”自動地獲取以下區域周圍的可探索圖像:所輸入的最后目的地、關閉設備前已知的最后位置、用戶選定的最后Pol周圍的區域，以及一般的可以用于手動輸入當前位置的任何區域或地區。此外，可以假定如果由于太昂貴而使速率計劃(rate plan)不順利的話(例如，基于時間或流量)用戶就可以停用可探索圖像的這種自動下載。此外，用戶可以被允許明確地指示他/她想讓GSV系統的圖像對其可用的地理區域或地區。為了避免過多的存儲器占用，可以設想最舊的數據自動地被最新的數據代替和/或用戶可以被允許決定哪些可探索圖像應當保留或刪除。
[0144]GSV系統可能由于以下原因而不可用:個人導航設備10不能訪問連接網絡及其服務器、本地存儲器125不包含必要的數據或者系統不包含包括用戶手動輸入的假想當前位置的區域的可探索圖像。在這種情況下，或者無論如何都不管GSV圖像的可用性，個人導航設備10可以配備檢測單元(圖1中未示出)，該檢測單元允許用戶通過探索在地圖上顯示的和由用戶在周圍區域中找到的一個或多個參考點執行現場調查。由于參考點具有個人導航設備10已知的位置，因此后者可以相當高準確地獲得其自己的當前位置，而不需要用戶輸入他/她所在的地點的地理坐標，這種地理坐標通常是他/她不知道的。所述檢測單元可選地使用用于生成(發射器二極管)和接收(接收器二極管)激光束或另一種強方向性電磁輻射的設備，這允許檢測個人導航設備10離其位置已知的一個地理對象的距離，因此它可以相對于該地理對象計算其自己的位置。
[0145]這些定點設備是已知的而且在各種【技術領域】中大量地用于測量距離，例如，由建筑師和土木工程師用來檢測建筑或地質環境的測距計。一般來說，它們測量由發生器二極管發射的激光脈沖串的飛行時間，該激光脈沖被對象反射，其距離必須被測量，直到它們被設備中內置的接收器二極管接收。
[0146]它們對本發明目的的使用所基于的原理在圖16和17中示意性地示出。[0147]假定個人導航設備10位于地圖上一個未知的點P，而且用戶可以定位地理對象840，這可以是一個建筑物，就像在這里所示出的例子中，或者是地圖127上示出的紀念碑、街區、Pol或者任何實體，其位置是個人導航設備10已知的而且可以被用戶在實際的場景中識別出來。如果由于地理對象840的非空維度造成的誤差k充分小于把P與其位置已知的重心Q分開的距離d，而且地表可以看成是平面，則通過知道距離d和由線段PQ與任何已知方向例如穿過點P的天文子午線的北-南方向所形成的角度α，則可以利用已知的三角函數公式來分別計算出代表點Ρ和重心Q在經度和緯度上的坐標差的線段a和b的長度(見圖17)。
[0148]因此，如果個人導航設備10配備了允許用戶定位地理對象840并且因此自動地定位存儲在個人導航設備10中的它的位置及自主地測量距離d和角度α的裝置，其中所述位置對應于重心Q的坐標，則它可以自動地計算未知的位置Ρ，而不需要用戶直接輸入關于點的地理坐標或者關于距離或角度的任何數字值。
[0149]這種方便的輸入過程可以如下執行。首先，如果他/她期望，則給予用戶使用可選的定點系統的可能性；這通常在用戶已經在與個人導航設備10關聯的激光定點設備可到達的距離可見地定位并識別出地理實體時發生。圖11示出了提示使用這種定點設備的一種可能的屏幕截圖。這種選項可以例如在手動輸入過程結束時給出，或者在用戶識別出他/她想用作向個人導航設備10手動輸入當前位置的參考的對象的任何時候請求它。
[0150]在這個時候，個人導航設備10請求用戶提供該參考對象的標識符:這可以是例如存儲在個人導航設備10的存儲器125中的Pol (紀念碑或者著名地點)或者利用路人的幫助或者通過看用戶和他/她的個人導航設備10所在區域中所存在的指示和路標定位的地址或十字路口。點P還可以包括地圖上所示的任何實體，即使它不能被識別為興趣點，而且可以被用戶例如通過在對應于所識別出的地理對象的地點觸摸屏幕115來選擇。例如，它可以是街區、十字路口、建筑物、門牌號碼等。根據觸摸位置，知道這個時刻所顯示的地圖，及其縮放水平以及因此還有活動的顯示比例尺，個人導航設備10可以導出對應于觸摸的接觸點的地理位置。
[0151]一旦參考地理對象840已經選定，個人導航設備10就提示用戶把激光定點設備指向那個對象，例如，通過在顯示器115的屏幕上顯示適當的信息。定點設備1100可以有利地結合到顯示器115本身當中，如作為例子在圖11和12中為用于行人或腳踏車(cycling)(自行車或摩托車)使用或為便攜式使用所示出的；在與車輛關聯的個人導航設備10的情況下，它可以結合到汽車中并且通過有線或無線連接與個人導航設備10關聯。在這第二種情況下，命令和數據可以在兩個設備之間的現有連接上傳播(travel)，而且用戶必須注意將他/她自身置于沿著將射束發射點連接到所指向的地理對象840的路線上，從而不影響角度α的測量。此外，用戶必須盡可能接近PND位置地放置他/她自己，從而避免把誤差引入位于點Ρ的設備PND與位于點Q的參考對象之間的距離PQ的計算。為了避開這兩個需求，PND有可能配備這樣的裝置，該裝置適于測量由連接PND和具有預定已知位置(例如，地理地北極的方向)的可拆除激光指向器的連接線所形成的角度，并且適于通過測量為所關聯無線連接交換的電磁射線的方向和飛行時間來測量分開它們的距離。定點設備1100可以固定到車輛的一個部分，而且射束定點方向可以由個人導航設備10的控制單元遠程控制。所生成的激光束是裸眼可見的，因此用戶可以看到射束指向哪里而且把它朝地理對象840指向，離該地理對象840的距離必須被測量。
[0152]例如，假定通過圖11中所示的屏幕提示用戶用定點設備1100指向。用戶通過按下虛擬鍵“Yes”(是)1110來確認他/她想這么做，然后將定點設備1100指向參考對象840，并且最后按下圖12的虛擬鍵“Start”(開始)1120。作為離點P的距離Q被成功讀出的確認，個人導航設備10可以在屏幕115上顯示該對象的名稱或者所檢測的距離的值。如果他/她認為這個值是似乎合理的，用戶就可以確認，或者重復這種檢測，直到獲得可信任的距離值。
[0153]在這個時候，用戶可以輸入相對于預定義方向的角度α的大小。為了簡化，可以選擇穿過個人導航設備10的天文子午線中的一條作為參考方向:如果個人導航設備10結合了磁性指南針，例如利用微電子技術的集成的數字指南針，則還由于可更新的磁偏角校正系統，這個方向被非常精確地知道，這里已經描述過了。為了用戶舒服，個人導航設備10的顯示器115可以顯示指示北極方向的虛擬磁象限:提示用戶在對應于地理對象840所處的點S的方向的點在虛擬象限上觸摸屏幕115，該虛擬象限包括圓冠1300，如圖13中所示，為了簡化，假設天文子午線的方向與頁面的垂直軸相符。如果用戶通過手指或者優選地通過鉛筆或其它尖頭物體1310在點S’觸摸圓冠1300，則角度α的大小被自動測量而且個人導航設備10可以隨后通過知道點Q和角度α的大小來計算點Ρ的坐標并由此計算其位置。
[0154]參考圖14，個人導航設備10可以在顯示器115上顯示宣布下一地圖呈現的消息，該地圖呈現根據在利用定點設備1100所執行的檢測過程中測出的距離d以預定的縮放水平指示點P和s的位置及周圍區域。在該呈現中(圖15)，可以給予用戶確認操作結果和終止它或者重復它的可能性。如果個人導航設備10包括指南針，則其可以指示當用戶旋轉個人導航設備10或顯示器(如果后者與基座分離的話)時應當能夠找到參考點S的方向，使得用戶可以實時地檢查其位置的正確性。此外，可以給予用戶如下可能性:通過觸摸對應于個人導航設備10的當前位置的點而在地圖顯示上直接指示點P的位置來手動輸入點P的位置，或者，取消該操作。
[0155]為了方便集成到顯示器115中的磁性指南針的操作，其中顯示器115還是數據與命令輸入單元，用于車輛使用的個人導航設備10可以配備能夠從與之關聯的車輛拆除的顯示器，從而允許用戶在合適的位置把它拿在他/她的手里，用于利用定點設備1100進行檢測和用于測量地磁場。集成到車輛中的固定部分與包括顯示和控制單元115的可拆除部分之間的通信可以通過以有線模式或優選地以無線模式(藍牙、ZigBee、W1-Fi Direct,ad-hoc WLAN等)工作的連接總線發生，以確保使用起來最舒服。
[0156]在這個時候，如果任何GSV圖像可用于地圖上所顯示的區域，根據特別是在個人導航設備10是便攜式或可拆除設備的情況下非常有效的交互模式，個人導航設備10可以在屏幕115上顯示與用戶從點P實際上可見的視圖對應的圖像。
[0157]根據這種交互模式，個人導航設備10向GSV系統的服務器發送關于位置P的數據并且從磁性指南針獲取用戶在某個時候用結合了集成磁性指南針的個人導航設備10或顯示器115指向的方向。GSV系統的服務器實時地發送對應于從設備10接收到的當前視點/指向方向值對的圖像/視圖，然后在屏幕上顯示它。因而，用戶可以驗證他/她在某個方向看到的是否對應于通過指向同一方向而對那個位置可用的圖像。如果由個人導航設備10顯示的圖像與實際看到的那些圖像之間有強關連，則用戶可以合理地確信他/她在手動輸入的位置。如果沒有，則基于GSV圖像與“實際”視圖之間所發現的差異，他/她可以通過從手動輸入的位置開始得到對獲得正確的當前位置有用的信息。
[0158]使用定點設備1100的當前位置輸入過程還可以通過利用個人導航設備10和用戶所處區域中的多個地理對象來執行，而不需要輸入任何角度測量，對于一些用戶來說，角度測量可能是不舒服或者不期望的任務。在這種情況下，通過使用已經參考在已知位置具有重心Q的地理對象840描述過的相同過程，但是不包括輸入角度α的步驟，詢問用戶他/她是否除了第一個地理對象之外還可以識別他/她所處區域中的多個地理對象。
[0159]圖18說明了位于個人導航設備10的用戶視線內并且在定點設備1100可以到達的距離的兩個地理對象840、840’的例子。作為通過從重心Q和R的已知位置開始計算當前位置Ρ的未知位置的基礎的幾何理論在圖19中示出。通過知道重心Q和R的位置及通過定點設備1100獲取到的它們離未知位置Ρ的距離d和e，有兩種可能的解，稱為P和P’，這兩個解是從其中心在Q和R的兩個圓的相交及各自的半徑d和e得到的。在這個時候，個人導航設備10可以執行幾種驗證，作為替代或者附加地，以便確立兩個結果產生的點中哪一個對應于個人導航設備10的當前位置。
[0160]個人導航設備10可以執行的第一種操作是關連兩個位置P和Q與地圖信息及所使用的設備10的類型(車輛、行人、便攜式或者用于腳踏車應用)。例如，如果點P’位于一個建筑物內部而且個人導航設備10是車輛類型，則有可能位置P’是必須丟棄的位置。
[0161]第二種類型的操作是關連關于點P和Q的信息與來自輔助儀器，諸如高度計，的其它輔助定位數據及關于個人導航設備10所連接到的無線電移動小區的信息以及由個人導航設備10最近占用的任何位置。
[0162]作為第三種也是最后一種可能性，個人導航設備10可以詢問用戶哪個位置是正確位置，這有可能是通過如下方式進行:在顯示器115的屏幕上顯示關于點P和Q的可用信息，例如，在地圖上顯示它們的位置并且突出圍繞這兩個點的地理對象的所有參考，以給用戶一些幫助他/她做選擇的跡象。這種參考可以包括地名(toponyms)、街道名和編號、地名、Pol等，及甚至是它們和所涉及的點之間的距離。
[0163]由GSV系統提供和在個人導航設備10的當前朝向中從兩個點P和Q獲取的任何可用和可訪問的圖像都有可能被顯示，從而提供參考圖像，基于這些參考圖像，用戶可以做出正確的決定。
[0164]當然，該過程可以擴展成三點的情況:通過知道三個點的位置及它們離一個處于未知位置的點的距離，有可能通過半徑是所述三個距離而中心是處于已知位置的三個點的三個圓的相交來計算所述未知位置。在這種情況下，解決方案需要更多參考地理對象被定位和輸入，但是提供了關于未知位置P提供明確結果的優點。這種擴展可以容易地從已經提供的描述導出，而且因此將不進一步解釋。
[0165]圖20作為例子示意性地示出了根據本發明用于手動輸入當前位置的方法的流程圖，該方法的各個步驟已經具體描述過了。在步驟2000，當使其必要的預定條件出現時，過程開始。在步驟2010，請求用戶規定用于手動輸入個人導航設備10的當前位置的優選模式。在這個選擇之后，設備10將以剛選定的模式獲取所述位置(步驟2015)。當獲取完成時，在步驟2020，個人導航設備10在顯示器115的屏幕上顯示包含對應于剛輸入的當前位置的點的地圖區域。
[0166]然后驗證是否存在GSV系統或者其它等效地理數據庫服務的任何可探索圖像(步驟2025)。如果存在，則通知用戶關于感興趣區域的這種圖像的可用性而且，如果用戶同意，則啟動GSV輔助的驗證過程(步驟2030);如果用戶不同意，或者如果GSV系統不可用，則執行步驟2035，其中個人導航設備10驗證通過定點設備1100輸入當前位置的可能性或必要性。這個過程只能在個人導航設備10配備這種設備而且如果，例如，之前的輸入模式給出了用戶認為不適當的結果的時候執行。如果步驟2035的驗證結果是肯定的，則個人導航設備10執行通過定點設備1100手動輸入當前位置的過程(步驟2040);否則，在否定的情況下，它直接進入下一步2045，其中系統請求對手動輸入的位置的最終確認。如果給出確認，則過程將結束；否則，它將返回步驟2010。
[0167]當然，圖20只示出了本發明一種可能的實施例。多種變體和備選實施例都是可能的。例如，如果它配備定點設備1100，則個人導航設備10可以在步驟2010就已經在可能的當前位置輸入模式中顯示了定點設備輸入選項，如果用戶已經視覺上定位了在地圖127上所示的那些當中的任何地理對象，則這是適當的。
[0168]作為一種備選或者附加地，如果GSV系統可用，則有可能實現通過逐次逼近工作的迭代輸入模式:在每次逼近的第一步，用戶以任何可選擇的模式手動地輸入當前位置，然后訪問并顯示通過GSV系統所獲取的針對剛輸入的點的可探索圖像，如果結果不令人滿意的話，則手動輸入過程將在下一個循環中以用戶選定的模式重復。然后，結果產生的新點用作由GSV系統獲取的可探索圖像的新視點而且，如果用戶對該結果滿意的話，則過程將結束；否則，過程將繼續，直到獲得滿意的結果或者用戶取消了該過程。
[0169]本發明的手動輸入過程可能對出于任何原因不想使用它或者不能使用它的有些用戶來說難以執行。因此，可以設想激活它的可能性缺省地在出廠時設置成某個預定義的值，例如，其可能依賴于銷售市場、個人導航設備10的類型(平板、智能電話、上網本、車輛導航器、行人導航器、腳踏車導航器)和依賴于個人導航設備10預期的用戶類別而變化。還可以給予或者不給予用戶改變所述出廠設置的可能性，例如，通過讓個人導航設備10總是在開啟的時候詢問用戶是否想激活或停用手動位置輸入(“總是詢問”選項)，是否他/她想讓它總是處于活動狀態，但是以后可以手動停用(“總是開啟”選項)，或者是否他/她想停用它，但是以后可以手動激活(“總是關閉”選項)。
[0170]個人導航設備10可以配備到GSV系統的服務器的在線連接，例如，通過為它提供通過無線電接口 180和/或GPRS/UMTS/LTE無線電移動終端190訪問Wi_Fi或WLAN網絡的接口。以這種方式，在任何當前位置計算條件下，不管是通過衛星信號接收模塊105還是非GNSS依賴的工具，個人導航設備10將總是有可能能夠獲取它所處并且其移向的區域的GSV系統的可探索圖像。在這種情況下，可以設想用戶能在任何時刻在顯示當前位置的地圖顯示與在一個方向中對應于當前位置的GSV系統的可探索圖像的可視化之間切換，該方向可以例如:
[0171]-缺省地，車輛或個人導航設備10的持有人移動的方向，如通過衛星信號接收模塊100或通過慣性導航模塊105檢測到的；
[0172]-可以由用戶通過使用顯示器115屏幕上顯示的虛擬箭頭鍵隨意修改，如已經參考圖10描述過的。以這種方式，用戶有可能在旅程中驗證他/她所處的點周圍的東西是否對應于由個人導航設備10指示的“應當”在該位置周圍的東西。如果存在任何差異，則用戶可以立即了解個人導航設備10是否工作正常。此外，如果實際的當前位置與個人導航設備10計算出的位置相符并且用作GSV圖像的視點，則用戶可以“旋轉”他/她的視圖，以便看到當他/她在移動的車輛中時不能或者幾乎不能看到的方向，而不用停下來看或者做危險的身體運動。
[0173]在本發明的一種備選實施例中，如果個人導航設備10配備內置的照相機或者可以通過任何有線或無線連接接口獲取靜止或移動圖像，則它可以從未知的當前位置獲取一個或多個圖像。然后，這組圖像發送到GSV系統，GSV系統將掃描其自己的檔案并且將通過視覺仿真算法搜索與接收到的那些具有高度關連的圖像。為了減少搜索時間并增加成功概率，可以請用戶提供關于他/她所處的區域的指示(例如，國家、地區或省、城鎮、街道、地點)，這些他/她肯定知道。如果它能訪問這種網絡的話，則個人導航設備10可以基于對個人導航設備10所處的無線電移動小區的了解自動地嘗試獲取這種信息的至少一部分。如果搜索成功，則GSV系統將向個人導航設備10發送對應于拍攝圖像的視點的更有可能的坐標。
[0174]在本發明的描述中，參考了稱為Google街景的地理圖像存儲系統。這種參考純粹是示例性的而且沒有限定價值，因為，為了本發明，可以使用可遠程訪問并包含如下實際圖像的任何檔案，所述實際圖像是可以由個人導航設備10的用戶看到的場景的實際圖像并且被比較以便相對于實際的當前位置來驗證計算出的或用戶定義的位置。
[0175]本發明的個人導航設備10可以通過適于實現其發明性概念的硬件與軟件裝置的合適組合以許多多樣化的形式實現。因此，所述個人導航設備10可以實現為PC、平板、上網本、智能電話、導航器等。當設備10是便攜式的并且通過合適的機械耦合裝置或通過其它類型的裝置與車輛關聯時，它可以用于任何用途，從在車輛(汽車、摩托車或自行車)上安排旅程到徒步旅行，或者用于這兩種應用。
[0176]本發明的特征及其優點從以上描述顯而易見。
[0177]根據本發明的方法的第一個優點是當導航設備在長期閑置之后開啟時它允許完全消除通過衛星信號的固定計算便攜式導航設備位置所需的等待。
[0178]根據本發明的方法的第二個優點是它避免為了能夠通過衛星信號計算其位置而把便攜式導航設備帶入開闊地點的必要性。
[0179]根據本發明的方法的另一個優點是它允許便攜式導航設備以減小的漂移誤差計算它自己的位置。
[0180]根據本發明的方法還有另一個優點是如果用戶基于他/她的觀察發現位置不正確時它允許“聯機”校正便攜式導航設備的位置。
[0181]在不背離發明性構思的新穎主旨的情況下，作為例子在此描述的用于確保個人導航設備服務的持續性的方法及關聯設備可以接受許多可能的變化；而且很清楚，在本發明的實際實現中，所說明的細節可以具有不同的形狀或者用其它技術上等效的元件代替。
[0182]因此，可以容易地理解，本發明不限于用于確保個人導航設備服務的持續性的方法及關聯的設備，而是在不背離發明性構思的情況下可以接受許多修改、改進或者用等效部件和元件替換，如以下權利要求中清楚地指定的。
【權利要求】
1.一種用于在GNSS衛星信號接收不足的情況下確保便攜式導航設備(10)的服務的持續性的方法，特征在于，用戶通過數據輸入裝置(115)為便攜式導航設備(10)提供關于設備(10)的當前位置的第一數據，而且，個人導航設備(10)使用用戶輸入的所述第一數據和來自與便攜式導航設備(10)關聯的定位工具(105、110、127、170、180、190)的第二數據并且不使用GNSS衛星信號，以便計算其自己的位置。
2.如權利要求1所述的方法，其中用戶通過使用通過所述便攜式導航設備(10)而使得可用的信息和命令以交互的方式向所述便攜式導航設備(10)提供所述第一數據。
3.如權利要求1所述的方法，其中，在設備(10)的當前位置不能導出或者只能以高于最大允許值的誤差確定的情況下，所述設備(10)自動提示用戶提供所述第一數據。
4.如權利要求1所述的方法，其中，在比預定值長的時間間隔內設備(10)的當前位置不能導出或者只能以高于最大允許值的誤差確定的情況下，所述設備自動提示用戶提供所述第一數據。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述定位工具(105、110、127、170、180、190)包括使用所述第一數據作為初始位置來計算所述個人導航設備(10)的后續瞬時位置的慣性系統(105)。
6.如前面權利要求中的一項或多項所述的方法，其中所述第一數據包括以下項中的至少一項:作為先前存儲在設備(10)的存儲器(125)中的路線的起點或目的地點的地點的地址；存儲在設備(10)的存儲器(125)中的興趣點；由設備(10)通過GNSS衛星信號最近獲得的位置；存儲在設備(10)的存儲器(125)中并且之前被用戶選擇的地理點；用戶基于存儲在設備(10)的存儲器(125)中的地圖(127)能交互式選擇的地理地點或地址；-能夠在設備(10)的顯示器(115)上顯示并且能由用戶選擇的地圖上的點。
7.如權利要求1至6中任何一項所述的方法，其中，當所述第一數據要被提供給設備(10)時，設備(10)以能交互式選擇的方式向用戶給出存儲在存儲器(125)中的、能夠在顯示器(115)的屏幕上以圖形顯示的信息，所述信息關于以下項中的至少一項:-設備(10)已知的最后位置；-設備(10)到達的最后目的地中的至少一個；-用戶的興趣點；-之前由用戶輸入的目的地中的至少一個；-之前由用戶選擇要隨后直接召回的地理點；-天文子午線在當前位置的方向；-存儲在設備中并且在顯示器(115)的屏幕上顯示的地圖的區域，用于通過觸摸屏顯示器(115)選擇包括在所述區域中的地理點。
8.如前面權利要求中一項或多項所述的方法，其中所述第二數據包括以下項中的至少一項:-地磁場在當前位置的方向；-當前位置從海平面算起的海拔；-設備(10)的或者以相同速度移動的車輛的瞬時速度的方向和強度；-設備(10)或者與設備(10)穿行相同空間的車輛所穿行的空間。
9.如前面任何一項權利要求所述的方法，其中，如果當前位置和/或與由GNSS定位模塊(100)對所述位置的計算關聯的其它物理量中的至少一個的準確度大于預定的閾值，則所述定位工具(105、110、127、170、180、190)中的至少一個獲取由它測出的或者與其關聯的物理量的值，而且，在所述獲取到的值與通過使用通過所述GNSS定位模塊(100)計算出的當前位置獲得的值之間存在大于預定容限水平的差異的情況下，基于所述差異或所述當前位置和/或所述至少一個其它物理量，計算并存儲校準或校正值，該值將應用到由所述定位工具(105、110、127、170、180、190)中的所述至少一個進行的后續測量。
10.如前面任何一項權利要求所述的方法，其中所述設備能夠遠程訪問用于存儲從已知位置拍攝的可探索地理圖像的系統，而且其中，依據用戶的命令，設備(10)的顯示器(115)顯示由所述存儲系統提供的、從離由所述第一數據定義的當前位置的距離比預先設定值短的位置拍攝的可探索圖像。
11.如權利要求10所述的方法，其中檢測設備(10)的空間朝向的方向，其中拍攝所述可探索圖像的方向是已知的，而且其中，所述顯示器(115)依賴于檢測到的設備的空間朝向顯示在不同方向拍攝的可探索圖像。
12.如權利要求10或11所述的方法，其中用戶被允許從地圖顯示及可探索圖像的顯示切換，其中地圖顯示顯示估計的當前位置周圍的區域，可探索圖像的拍攝位置相對于所述估計的當前位置位于比所述預先設定值短的距離。
13.如前面任何一項權利要求所述的方法，其中所述第一數據包括通過朝地理對象(840)激活與所述個人導航設備(10)關聯的定點設備(1100)獲得的離所述地理對象(840)的至少一個距離。
14.如權利要求13所述的方法，其中用戶向所述設備(10)輸入關于定點方向的數據，使得，知道由所述定點方向和基于由所述定位工具(105、110、127、170、180、190)中的至少一個進行的測量提供的預定義方向形成的角度(α )并且根據其位置已知的所述地理對象(840)的距離(d)的測量，所述設備(10)計算其自己的當前位置。
15.一種便攜式導航設備，包括用于實現如權利要求1至14中的一項或多項所述的方法。
【文檔編號】G01S19/25GK103718062SQ201280037668
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月27日 優先權日:2011年7月28日
【發明者】S·塞利亞 申請人:西斯維爾科技有限公司