專利名稱：一種三維空間定位移動通信終端的制作方法
技術領域：
本實用新型關于移動通信終端技術，特別是關于用于定位的移動通信終端，具體
的講是一種三維空間定位移動通信終端。
背景技術：
在現有技術中，可對自身當前位置進行定位的移動通信終端，如GPS導航設備、 GPS手機等，通常只能采集自身的平面位置信息，而不能采集當前的方向信息和所處三維空 間中的高度信息；也有些移動通信終端可以采集自身的方向信息但是無法采集自身的平面 位置信息和所處三維空間中的高度信息。例如，GPS手機在進行定位時，便無法區分終端所 處的空間高度，如果手持GPS手機的用戶處于立交橋上，則GPS手機只能采集到該用戶的平 面位置信息，而無法采集到用戶處于立交橋上還是立交橋下的高度信息。
實用新型內容本實用新型實施例提供了一種三維空間定位移動通信終端，用以采集該移動通信 終端在現實環境中的平面位置信息、方向信息及高度信息。 根據本實用新型的目的是，提供一種三維空間定位移動通信終端，該移動通信終 端包括空間位置信息采集裝置、方向信息采集裝置以及無線通信裝置；其中，空間位置信 息采集裝置和方向信息采集裝置分別與無線通信裝置相連接；空間位置信息采集裝置采集 所述移動通信終端在現實環境中的平面位置信息和空間高度信息，并將采集的平面位置信 息和空間高度信息傳送給無線通信裝置；方向信息采集裝置采集移動通信終端在現實環境 中的方向信息，并將采集的方向信息傳送給無線通信裝置；無線通信裝置將平面位置信息、 空間高度信息和方向信息無線輸出。 本實用新型實施例能夠實施獲取三維空間定位移動通信終端在現實環境中的平 面位置信息、空間高度信息和方向信息，并將獲取的平面位置信息、空間高度信息和方向信 息無線輸出，以用于導航、空間位置映射等三維空間計算機模擬系統，以及需要空間位置信 息支持的通信系統。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型的三維空間定位移動通信終端的結構框圖； 圖2為本實用新型的三維空間定位移動通信終端的應用示意圖； 圖3A至圖3D為本實用新型的三維空間定位移動通信終端的方向示意圖； 圖4為本實用新型實施例一的三維空間定位手機的結構框圖；[0011] 圖5為本實用新型實施例一 圖6為本實用新型實施例一 圖7為本實用新型實施例二 圖8為本實用新型實施例二
說明書_
的三維空間定位手機的電路圖； 的三維空間定位手機的軟件構成示意圖； 的三維空間定位手機的電路圖； 的三維空間定位手機的軟件構成示意圖。
具體實施方式下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
如圖l所示，本實用新型實施例的三維空間定位移動通信終端100包括空間位置
信息采集裝置ioi，用于采集所述移動通信終端在現實環境中的平面位置信息和空間高度
信息；方向信息采集裝置102，用于采集所述移動通信終端在現實環境中的方向信息；無線
通信裝置103，用于將采集的平面位置信息、空間高度信息和方向信息無線輸出。 如圖2所示，三維空間定位移動通信終端200可以與運營服務器201無線連接，三
維空間定位移動通信終端200將采集的平面位置信息、空間高度信息和方向信息以無線方
式輸出給所述的運營服務器201 。運營服務器201根據獲取的空間位置信息，用以和運營服
務器201交互三維空間定位移動通信終端200自身的空間位置及裝置200特定面當前的指
向方向。 實現于導航、空間位置映射等三維空間計算機模擬業務，以及需要空間位置信息 支持的通信業務。 如圖3A所示，三維空間定位移動通信終端可以是手機，三維空間定位移動通信終 端的方向是指手機的某一特定面的指向方向。例如，可以定義圖3A中的終端側面所指向的 x方向為手機方向、或終端正面所指向的y方向為手機方向、或終端頂面所指向的z方向為 手機方向。 如圖3B所示，三維空間定位移動通信終端方向可以是終端在二維平面中所指向 的x方向或y方向或z方向。 如圖3C所示，三維空間定位移動通信終端方向可以是終端在三維空間中所指向 的x方向或y方向或z方向。 三維空間中的方向用歐拉角表示方法為(yaw， pitch, roll) 。 pitch、yaw、ro11分 別描述繞三個坐標軸的旋轉角度(0 360)。這三個角度稱為歐拉角。繞X軸旋轉的角稱 為傾斜角(Pitch)，繞Y軸旋轉的角稱為翻滾角(head或yaw)，繞Z軸旋轉的角稱為搖擺角 (roll)。 以左手坐標系為例，如圖3A，初始時，終端(手機)的旋轉軸(x， y， z)與坐標軸 (X， Y， Z)重合，終端先繞y軸旋轉一個角度yaw，如圖3B，然后繞x軸旋轉一個角度picth， 如圖3C，最后在繞z軸旋轉一個角度roll，如圖3D。此時終端在三維空間中的方向用歐拉 角表示為(yaw， pitch, roll) 實施例一 如圖4所示，本實施例的三維空間定位移動通信終端可以用手機的形式實現。該三維空間定位手機包括射頻單元、基帶電路、中央處理器、鍵盤、LCD顯示屏、FLASH、 RAM、
SM以及三軸電子羅盤傳感器、三軸加速度傳感器。利用三軸電子羅盤實時采集方向信息，
利用三軸加速度傳感器實時采集平面位置信息和空間高度信息。 1)利用三軸加速度傳感器(運動傳感器)獲取位置信息的方法是 初始狀態時，三軸加速度傳感器的位置為s(O)，速度為v(O)。 在t時刻，三軸加速度傳感器的速度為v(。 - v(O) + J": a (O * & (1) 其中a(t)是三軸加速度傳感器的加速度，它是一個隨著時間變化，并由三軸加速
度傳感器不斷采集到的值；那么在t時刻傳感器的位移為
W)= "。)+ ￡v(〖"& = "o)+ 丄'。(ow)承^ (2) 公式中的s、 v、 a為三維矢量。s的三個分量為(x， y， z)，即當前傳感器在三維空 間中的位置信息。 2)利用三軸電子羅盤傳感器獲取方向信息的方法是 從電子羅盤傳感器中取出來的是三個磁通分量，三個磁通分量可以轉換成歐拉角 表示的角度值(yaw， pitch, roll)。 如圖5所示，是集成了三軸電子羅盤傳感器和三軸加速度傳感器的三維空間定 位手機的主要硬件原理圖。(所示的芯片型號僅用作示例，并不僅限于這些型號)圖5中 P87LPC769是一種低功耗低成本，內置IIC總線控制器的微控制器，HMC5843是三軸數字羅 盤集成電路芯片，LIS3LV02DQ是一個微電子機械系統，是一個三軸的數字輸出的線性加速 度計芯片。主控制芯片(P87LPC769)通過IIC總線與兩個傳感器芯片相連，構成主從結構的 系統；傳感器芯片將感應到的結果放在各自的寄存器里，并在一定的時鐘周期內傳到總線 上，主控芯片通過時序的控制，定期的在總線上讀取相應的傳感器數值，以作進一步處理。 如圖6所示，為集成了三軸電子羅盤傳感器和三軸加速度傳感器手機的軟件構 架，其中終端軟件為應用層軟件，操作系統配置傳感器接口API，傳感器驅動軟件(三軸電 子羅盤傳感器驅動模塊和三軸加速度傳感器驅動模塊)位于設備驅動層，三軸電子羅盤傳 感器模塊和三軸加速度傳感器模塊位于硬件層。 應用上述原理，三軸加速度傳感器驅動程序對三軸加速度傳感器取樣周期為 50ms，即每50ms測量一次加速度，然后根據以前累積下來的速度v (0)(三個方向上的速度) 和s(O)(三個方向上的位移)，計算出前lms的位移s(l)和終點速度v(l)，因此當前的位 移s = s(0)+s(1)。重復此過程就可以得到任意時刻終端的三維空間位置信息(x， y， z)。 三軸加速度傳感器驅動程序實時存儲上次計算得到的終端在三維空間中的位置 信息，應用層軟件可以通過接口 API實時獲取驅動程序存儲的此位置信息(x， y， z)。 應用層軟件通過接口 API采集方向信息時，三軸電子羅盤傳感器驅動程序從電子 羅盤傳感器中取出三個磁通分量，并將三個磁通分量轉換成在三維空間中歐拉角表示的角 度值(yaw， pitch, roll)，將結果返回給應用層軟件。 本實用新型實施例能夠實施獲取三維空間定位移動通信終端在現實環境中的平 面位置信息、空間高度信息和方向信息，并將獲取的平面位置信息、空間高度信息和方向信息無線輸出，用以和遠端交互終端自身的空間位置及終端特定面當前的指向方向。 實施例二 如圖7所示，本實施例的三維空間定位移動通信終端可以用手機的形式實現。該 三維空間定位手機包括射頻單元、基帶電路、中央處理器、鍵盤、LCD顯示屏、FLASH、 RAM、 SM以及三軸電子羅盤傳感器、三軸加速度傳感器和GPS模塊。利用三軸電子羅盤實時采集 方向信息，利用三軸加速度傳感器實時采集平面位置信息和空間高度信息，利用GPS模塊 對獲取的平面位置信息和空間高度信息進行校正。 如圖8所示，為集成了三軸電子羅盤傳感器、三軸加速度傳感器和GPS模塊的手機 的軟件構架，其中終端軟件為應用層軟件，操作系統配置傳感器接口 API，傳感器驅動軟 件(三軸電子羅盤傳感器驅動模塊和三軸加速度傳感器驅動模塊)位于設備驅動層，三軸 電子羅盤傳感器模塊、三軸加速度傳感器模塊和GPS模塊位于硬件層。 應用上述原理，三軸加速度傳感器驅動程序對三軸加速度傳感器取樣周期為 50ms，即每50ms測量一次加速度，然后根據以前累積下來的速度v (0)(三個方向上的速度) 和s(O)(三個方向上的位移)，計算出前lms的位移s(l)和終點速度v(l)，因此當前的位 移s = s(0)+s(1)。重復此過程就可以得到任意時刻終端的三維空間位置信息(x， y， z)。 此外，由于速度和位移總是累加的，這就存在累加誤差，所以可以用GPS模塊或Wi-Fi定位 模塊等其它定位方式，進行經常性的校正。 三軸加速度傳感器驅動程序實時存儲上次計算得到的終端在三維空間中的位置 信息，應用層軟件可以通過接口 API實時獲取驅動程序存儲的此位置信息(x， y， z)。 應用層軟件通過接口 API采集方向信息時，三軸電子羅盤傳感器驅動程序從電子 羅盤傳感器中取出三個磁通分量，并將三個磁通分量轉換成在三維空間中歐拉角表示的角 度值(yaw， pitch, roll)，將結果返回給應用層軟件。 本實用新型實施例能夠實施獲取三維空間定位移動通信終端在現實環境中的平 面位置信息、空間高度信息和方向信息，并采用GPS模塊或Wi-Fi定位模塊等其它定位方式 對得到的平面位置信息和空間高度信息進行經常性的校正。將校正后的平面位置信息、空 間高度信息和方向信息無線輸出，用以和遠端交互終端自身的空間位置及終端特定面當前 的指向方向。 本實用新型中應用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以 上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的 一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜 上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求一種三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的移動通信終端包括空間位置信息采集裝置、方向信息采集裝置以及無線通信裝置；其中，所述的空間位置信息采集裝置和方向信息采集裝置分別與所述的無線通信裝置相連接；所述的空間位置信息采集裝置采集所述移動通信終端在現實環境中的平面位置信息和空間高度信息，并將采集的平面位置信息和空間高度信息傳送給所述的無線通信裝置；所述的方向信息采集裝置采集所述移動通信終端在現實環境中的方向信息，并將采集的方向信息傳送給所述的無線通信裝置；所述的無線通信裝置將所述的平面位置信息、空間高度信息和方向信息無線輸出。
2. 根據權利要求1所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的空間位置信 息采集裝置包括三軸加速度傳感器。
3. 根據權利要求2所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的移動通信終 端還包括三軸加速度傳感器驅動模塊，用于根據所述三軸加速度傳感器測量的加速度，得 到任意時刻所述移動通信終端的空間位置信息，并將得到的空間位置信息傳送給所述的無 線通信裝置。
4. 根據權利要求3所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的移動通信終 端還包括空間位置信息校正裝置，用于對所述三軸加速度傳感器驅動單元得到的空間位 置信息進行校正，并將校正后的空間位置信息傳送給所述的無線通信裝置。
5. 根據權利要求4所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的空間位置信 息校正裝置包括GPS模塊或Wi-Fi定位模塊。
6. 根據權利要求1所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的方向信息采集裝置包括三軸電子羅盤傳感器。
7. 根據權利要求6所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的移動通信終端包括三軸電子羅盤傳感器驅動模塊，用于根據所述三軸電子羅盤傳感器測量的三個磁 通分量得到任意時刻所述移動通信終端的方向信息，并將得到的方向信息傳送給所述的無 線通信裝置。
8. 根據權利要求1所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的無線通信裝置包括手機模塊。
9. 根據權利要求1所述的三維空間定位移動通信終端，其特征是，所述的移動通信終 端包括顯示屏和鍵盤。
專利摘要本實用新型實施例提供了一種三維空間定位移動通信終端，該終端包括空間位置信息采集裝置，用于采集所述移動通信終端在現實環境中的平面位置信息和空間高度信息；方向信息采集裝置，用于采集所述移動通信終端在現實環境中的方向信息；無線通信裝置，用于將所述的平面位置信息、空間高度信息和方向信息無線輸出。用以采集該移動通信終端在現實環境中的平面位置信息、方向信息及高度信息。
文檔編號H04M1/725GK201491271SQ20092022267
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者呂建周, 林思衛, 王立鑫, 薛曉戶, 馬珂 申請人:北京大道易通信息技術有限公司