专利名称：移动定位装置和导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种移动定位装置和导航装置。
背景技术：
导航技术已广泛应用到车载和手机等移动设备上。目前导航定位主要采用的是全球定位系统(GPS, Global Position System)。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。GPS导航系统由空间卫星、地面监控和用户接收等三大部分组成。在太空中有24颗卫星组成一个分布网络，分别分布在6条离地面2万公里、倾斜角为55°的地球准同步轨道上，每条轨道上有4颗卫星。GPS卫星每隔12小时绕地球一周，使地球上任一地点能够同时接收7 9颗卫星的信号。地面共有I个主控站和5个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站收到数据后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过3个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射至用户接收端设备。但是，由于受GPS定位精度的影响，而且在城市路段复杂的情况下，往往会出现高楼和高架桥阻挡接收机的信号，使GPS定位信息有较大的偏差甚至失去信号，单纯用GPS定位很难得到满意的定位效果。现有技术中，虽然还存在航位推算(DR, Dead Reckoning)以及地图匹配(MM, MapMatching)这两种导航方法。但是这两种方法都比较复杂、成本较高。因此，如何采用简单有效地方法实现移动设备的定位就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种移动定位装置和导航装置，以简单有效地获取移动设备的姿态位置信息。为解决上述问题，本发明提供了一种移动定位装置，设置在移动设备上，用于获取移动设备的姿态位置信息，包括:GPS定位模块，采用GPS技术获取移动设备的第一姿态位置信息；照相测距模块，采用照相测距技术获取移动设备的第二姿态位置信息；信息融合模块，连接所述GPS定位模块和照相测距模块，对接收的所述第一姿态位置信息和第二姿态位置信息进行信息融合处理，融合后的信息作为移动设备的实际姿态位置信息。可选地，所述移动定位装置还包括:显示模块，连接GPS定位模块、照相测距模块和信息融合模块，用于接收和显示所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息和实际姿态位置信息。
可选地，所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息或实际姿态位置信息包括:经纬度信息、航向信息、速度信息中的一种或多种。可选地，所述照相测距模块包括:一个或多个照相机，用于获取移动设备移动过程中外界的多张连续照片，每个所述照片包括一个或多个物体；图像识别模块，连接所述照相机，用于对相邻的两张照片进行图像识别处理，识别出所述两张照片中相同的物体作为特征参照物；分析模块，连接图像识别模块，提取所述特征参照物在两张照片中的尺寸信息，分析得出移动设备的移动距离和移动方向。可选地，所述图像识别模块包括:去噪单元，连接所述照相机，用于对获取的照片进行去噪处理，得到去噪后的图像；特征值提取单元，连接所述去噪单元，用于从所述去噪后的图像中提取特征值；比对单元，连接所述特征值提取单元，用于对相邻的两张照片对应的特征值进行比对，将所述两张照片中特征值相同的物体作为特征参照物。可选地，所述分析模块包括:尺寸提取单元，连接图像识别模块，用于提取所述特征参照物在两张照片中的尺寸信息；距离计算单元，连接尺寸提取单元，根据所述尺寸信息获取移动设备的移动距离；方向判断单元，连接尺寸提取单元，根据尺寸信息的变化获取移动设备的航向信息。可选地，所述照相测距模块还包括:计时单元，用于计时；速度计算单元，连接计时单元、距离计算单元和信息融合模块，获取移动距离和计时信息，计算所述移动距离和计时时间的商作为移动设备的速度信息，且将所述速度信息发送给所述信息融合模块。可选地，所述照相机设置在所述移动设备的侧面。可选地，所述照相机的焦距为定值。可选地，所述照相机拍照的频率包括:I秒/张 10秒/张。可选地，所述信息融合模块包括:权重分配单元，连接GPS定位模块，用于获取GPS信号的状态信息，根据所述GPS信号的状态信息为第一姿态位置信息分配第一权重，并为第二姿态位置信息分配第二权重，所述第一权重大于或等于O且小于或等于I，所述第一权重和所述第二权重之和为I ;位置计算单元，连接GPS定位模块、照相测距模块和权重分配单元，获取所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息、第一权重和第二权重，将第一姿态位置信息和第一权重的乘积与第二姿态位置信息和第二权重的乘积之和作为移动设备的实际姿态位置信息。可选地，所述GPS信号的状态信息包括:几何精度因子、卫星数目和速度信息。可选地，所述信息融合模块采用联合卡尔曼滤波技术实现。为了解决上述问题，本发明还提供了一种包括上述移动定位装置的导航装置。与现有技术相比，本发明具有以下优点:采用GPS定位技术获取移动设备的第一姿态位置信息，采用照相测距技术获取移动设备的第二姿态位置信息，然后对第一姿态位置信息和第二姿态位置信息进行信息融合处理，将融合后的信息作为移动设备的实际姿态位置信息。从而在GPS信号不好时，仍可以采用照相测距技术获取移动设备的姿态位置信息，进而实现对移动设备的定位。此外，照相测距技术比较简单易实现，从而可以降低成本。
图1是本发明实施例中导航装置的结构示意图2是图1中照相测距模块的结构示意图；图3是图2中图像识别模块的结构示意图；图4是图2中分析模块的结构示意图；图5是图1中信息融合模块的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。正如背景技术部分所述，现有技术中当GPS信号不好时，则无法对移动设备进行定位。针对上述缺陷，发明人发现:GPS信号多是在城市中建筑物较多的情况下信号不好。而现有技术中照相测距的技术已经很成熟，且该技术比较简单，在城市中建筑物较多的区域，尤其容易实现照相测距。因此发明人将GPS技术与照相测距技术相结合，综合考量GPS技术得到的定位信息和照相测距技术得到的定位信息，从而能很好地实现移动设备的定位。下面结合附图进行详细说明。本实施例提供了一种导航系统，包括:移动设备和用于获取移动设备定位信息的导航装置。其中，所述移动设备可以为车载、手机、船舶等需要定位的设备。为了简单起见，以下均以车载为例进行说明，但其不限制本发明的保护范围。其中，参考图1所示，所述导航装置I包括移动定位装置10，所述移动定位装置10设置在移动设备上，用于获取移动设备的姿态位置信息，包括:GPS定位模块100，采用GPS技术获取移动设备的第一姿态位置信息；照相测距模块200，采用照相测距技术获取移动设备的第二姿态位置信息； 信息融合模块300，连接所述GPS定位模块100和照相测距模块200，对接收的所述第一姿态位置信息和第二姿态位置信息进行信息融合处理，融合后的信息作为移动设备的实际姿态位置信息。此外，所述移动定位装置10还可以包括:显示模块400，连接GPS定位模块100、照相测距模块200和信息融合模块300，用于接收和显示所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息和实际姿态位置信息。具体地，所述显示模块400可以为任意显示装置，如:液晶显示屏。在本发明的其他实施例中，所述显示模块400也可以只连接信息融合模块300，从而只显示所述实际姿态位置信息。所述照相测距模块200在获取移动设备时刻tl的第二姿态位置信息时，需要同时参考GPS定位模块100在时刻t2获取的第一姿态位置信息，所述时刻tl晚于时刻t2，从而照相测距模块200与GPS定位模块100之间也可以存在连接关系。其中，GPS定位模块100采用现有技术中的GPS技术实现，其对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。所述GPS定位模块100获取的第一姿态位置信息可以包括:移动设备的经纬度信息、航向信息、速度信息中的一种或多种。其中:所述经纬度信息反映移动设备的地理坐标。通过分析移动设备不同的经纬度信息，可以得知移动设备的位移信息。所述航向信息可以直接利用GPS信息进行Kalman (卡尔曼)滤波来获取。所述速度信息可以结合时间和位移获取。结合参考图2所示，所述照相测距模块200可以包括:一个或多个照相机210，用于获取移动设备移动过程中外界的多张连续照片，每个所述照片包括一个或多个物体；图像识别模块220，连接所述照相机210，用于对相邻的两张照片进行图像识别处理，识别出所述两张照片中相同的物体作为特征参照物；分析模块230，连接图像识别模块220和信息融合模块300，提取所述特征参照物在两张照片中的尺寸信息，分析得出移动设备的移动距离和移动方向。为了更好地获取车载设备移动过程中外界的建筑物照片，所述照相机210可以设置在车载设备的侧面。如:在车载设备的两个侧面分别设置一个照相机210。为了提高测量的准确性，还可以在每个侧面设置多个照相机210。所述照相机210的焦距可以为定值，如:可以将照相机210的焦距设置为适于拍摄50米外的物体，从而可以得到距车载设备侧面50米距离的物体的清晰照片。所述照相机210拍照的频率可以与车速有关。车速越快，拍照的频率可以越高。具体地，所述照相的频率可以包括:1秒/张 10秒/张，如:1秒/张、5秒/张或10秒/张。结合参考图3所示，所述图像识别模块220可以包括:去噪单元221，连接所述照相机210，用于对获取的照片进行去噪处理，得到去噪后的图像；特征值提取单元222，连接所述去噪单元221，用于从所述去噪后的图像中提取特征值；比对单元223，连接所述特征值提取单元222和分析模块230，用于对相邻的两张照片对应的特征值进行比对，将所述两张照片中特征值相同的物体作为特征参照物。所述图像识别模块220对照相机210获取的照片进行图像识别处理。所述图像识别处理可以为特征建筑图形识别处理，即从相邻的两张照片中识别出轮廓清晰的同一特征建筑物。所述特征建筑物是相对车辆静止的物体，如:建筑、树木等。具体地，可以采用多尺度卡尔曼滤波技术或小波滤波等现有技术实现，在此不再赘述。结合参考图4所示，所述分析模块230可以包括:尺寸提取单元231，连接图像识别模块220，用于提取所述特征参照物在两张照片中的尺寸信息；距离计算单元232，连接尺寸提取单元231、GPS定位模块100和信息融合模块300，根据所述尺寸信息获取移动设备的移动距离；方向判断单元233，连接尺寸提取单元231和信息融合模块300，根据尺寸信息的变化获取移动设备的航向信息。
所述分析模块230对图像识别模块220识别后的图像进行分析。首先采用所述尺寸提取单元231提取相邻的两张照片中特征参照物的尺寸信息，所述尺寸信息可以是特征参照物在相邻的两张照片中的比例信息，如:高度之比或宽度之比。接着，所述距离计算单元232提取GPS定位模块100中t2时刻时移动设备对应的第一姿态位置信息，并提取尺寸提取单元231的所述尺寸信息，由于照相机210的焦距不变，因此通过对比和计算，采用定焦测距技术即可得到移动设备在tl时刻的第二姿态位置信息。所述定焦测距技术对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。此外，在获取移动设备的移动距离的同时，为了获取移动设备的速度信息，所述分析模块230还可以包括:计时单元(图中未示出)，用于计时；速度计算单元(图中未示出)，连接计时单元、距离计算单元232和信息融合模块300，获取移动距离和计时信息，计算所述移动距离和计时时间的商作为移动设备的速度信息，且将所述速度信息发送给信息融合模块300。需要说明的是，本实施例图像识别模块200可以识别得到多个特征参照物，多个特征参照物可以是从一个照相机210的数据处理后得到，也可以是从多个照相机210的数据处理后得到。相应地，分析模块230可以计算得出与每个特征参照物相对应的第二姿态位置信息，进而通过对得到的多个第二姿态位置信息进行算术平均处理，此时，所述图像识别模块220还需要包括算术平均处理模块(图中未示出)，其将多个第二姿态位置信息的算术平均值发送给信息融合模块300。至此，得到第二姿态位置信息，所述第二姿态位置信息也可以包括:经纬度信息、航向信息、速度信息中的一种或多种。所述信息融合模块300在接收到第一姿态位置信息和第二姿态位置信息之后，可以对所述第一姿态位置信息和第二姿态位置信息进行信息融合处理，从而将信息融合后的姿态位置信息作为移动设备的实际姿态位置信息。所述实际姿态位置信息也可以包括:经纬度信息、航向信息、速度信息中的一种或多种。此外，所述照相测距模块200还可以包括一个开关，用于控制照相测距模块200的开启和关闭，从而在GPS信号非常好时，可以关闭照相测距模块200。所述信息融合处理可以采用联合卡尔曼滤波技术实现，也可以采用其他信息融合技术实现，其不限制本发明的保护范围。在一个具体例子中，结合参考图5所示，所述信息融合模块300可以包括:权重分配单元310，连接GPS定位模块100，用于获取GPS信号的状态信息，根据所述GPS信号的状态信息为第一姿态位置信息分配第一权重，并为第二姿态位置信息分配第二权重，所述第一权重大于或等于O且小于或等于I，所述第一权重和所述第二权重之和为I ;位置计算单元320，连接GPS定位模块100、照相测距模块200和权重分配单元
310,获取所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息、第一权重和第二权重,将第一姿态位置信息和第一权重的乘积与第二姿态位置信息和第二权重的乘积之和作为移动设备的实际姿态位置信息。
其中，所述GPS信号的状态信息可以包括:几何精度因子、卫星数目和速度信息中的一种或多种。所述几何精度因子(Geometric Dilution Precision,缩写为⑶OP)是衡量定位精度的很重要的一个系数，它代表GPS测距误差造成的接收机与空间卫星间的距离矢量放大因子。所述几何精度因子越大，表示GPS信号越好，从而第一权重可以越大。所述卫星数目越多，表示GPS信号可能越好，从而第一权重可以越大。所述速度信息指的是移动设备的移动速度，所述速度信息越小，则GPS定位模块100对移动设备的定位越准确。当没有GPS信号或者GPS信号非常不好时(如:车辆行驶在南京西路)，所述第一权重可以为0，则第二权重为I，从而本实施例移动定位装置10得到的移动设备的实际姿态位置信息就是由照相测距模块200获取的，这样可以克服现有技术中仅包括GPS定位模块100，且GPS信号不好时无法获取移动设备的姿态位置信息的缺陷。当GPS信号非常好时(如:车载行驶在高速公路上)，所述第一权重可以为1，则第二权重为0，从而本实施例移动定位装置10得到的移动设备的实际姿态位置信息就是由GPS定位模块100获取的。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述权重分配单元310也可以连接照相测距模块200，从而根据照相测距模块200的状态信息为照相测距模块200获得的第二姿态位置信息分配第二权重，并为GPS定位模块100获得的第一姿态位置信息分配第一权重，第一权重和第二权重之后仍为I ;所述权重分配单元310还可以同时连接GPS定位模块100和照相测距模块200，从而综合考量照相测距模块200的状态信息和GPS定位模块100的状态信息，并为照相测距模块200获得的第二姿态位置信息分配第二权重，并为GPS定位模块100的第一姿态位置信息分配第一权重,第一权重和第二权重之和仍为I。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种移动定位装置，设置在移动设备上，用于获取移动设备的姿态位置信息，其特征在于，包括: GPS定位模块，采用GPS技术获取移动设备的第一姿态位置信息； 照相测距模块，采用照相测距技术获取移动设备的第二姿态位置信息； 信息融合模块，连接所述GPS定位模块和照相测距模块，对接收的所述第一姿态位置信息和第二姿态位置信息进行信息融合处理，融合后的信息作为移动设备的实际姿态位置信息。
2.如权利要求1所述的移动定位装置，其特征在于，还包括:显示模块，连接GPS定位模块、照相测距模块和信息融合模块，用于接收和显示所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息和实际姿态位置信息。
3.如权利要求1所述的移动定位装置，其特征在于，所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息或实际姿态位置信息包括:经纬度信息、航向信息、速度信息中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的移动定位装置，其特征在于，所述照相测距模块包括: 一个或多个照相机，用于获取移动设备移动过程中外界的多张连续照片，每个所述照片包括一个或多个物体； 图像识别模块，连接所述照相机，用于对相邻的两张照片进行图像识别处理，识别出所述两张照片中相同的物体作为特征参照物； 分析模块，连接图像识别模块，提取所述特征参照物在两张照片中的尺寸信息，分析得出移动设备的移动距离和移动方向。
5.如权利要求4所述的移动定位装置，其特征在于，所述图像识别模块包括: 去噪单元，连接所述照相机，用于对获取的照片进行去噪处理，得到去噪后的图像； 特征值提取单元，连接所述去噪单元，用于从所述去噪后的图像中提取特征值； 比对单元，连接所述特征值提取单元，用于对相邻的两张照片对应的特征值进行比对，将所述两张照片中特征值相同的物体作为特征参照物。
6.如权利要求4所述的移动定位装置，其特征在于，所述分析模块包括: 尺寸提取单元，连接图像识别模块，用于提取所述特征参照物在两张照片中的尺寸信息； 距离计算单元，连接尺寸提取单元，根据所述尺寸信息获取移动设备的移动距离； 方向判断单元，连接尺寸提取单元，根据尺寸信息的变化获取移动设备的航向信息。
7.如权利要求6所述的移动定位装置，其特征在于，所述照相测距模块还包括: 计时单元，用于计时； 速度计算单元，连接所述计时单元、距离计算单元和信息融合模块，获取移动距离和计时信息，计算所述移动距离和计时时间的商作为移动设备的速度信息，且将所述速度信息发送给所述信息融合模块。
8.如权利要求4所述的移动定位装置，其特征在于，所述照相机设置在所述移动设备的侧面。
9.如权利要求4所述的移动定位装置，其特征在于，所述照相机的焦距为定值。
10.如权利要求4所述的移动定位装置，其特征在于，所述照相机拍照的频率包括:1秒/张 10秒/张。
11.如权利要求1所述的移动定位装置，其特征在于，所述信息融合模块包括: 权重分配单元，连接GPS定位模块，用于获取GPS信号的状态信息，根据所述GPS信号的状态信息为第一姿态位置信息分配第一权重，并为第二姿态位置信息分配第二权重，所述第一权重大于或等于O且小于或等于I，所述第一权重和所述第二权重之和为I ; 位置计算单元，连接GPS定位模块、照相测距模块和权重分配单元，获取所述第一姿态位置信息、第二姿态位置信息、第一权重和第二权重，将第一姿态位置信息和第一权重的乘积与第二姿态位置信息和第二权重的乘积之和作为移动设备的实际姿态位置信息。
12.如权利要求11所述的移动定位装置，其特征在于，所述GPS信号的状态信息包括:几何精度因子、卫星数 目和速度信息。
13.如权利要求1所述的移动定位装置，其特征在于，所述信息融合模块采用联合卡尔曼滤波技术实现。
14.一种导航装置，其特征在于，包括权利要求1至13中任一项所述的移动定位装置。
全文摘要
一种移动定位装置和导航装置。所述移动定位装置设置在移动设备上，用于获取移动设备的姿态位置信息，包括GPS定位模块，采用GPS技术获取移动设备的第一姿态位置信息；照相测距模块，采用照相测距技术获取移动设备的第二姿态位置信息；信息融合模块，连接所述GPS定位模块和照相测距模块，对接收的所述第一姿态位置信息和第二姿态位置信息进行信息融合处理，融合后的信息作为移动设备的实际姿态位置信息。本发明可以简单有效地获取移动设备的姿态位置信息。
文档编号G01C21/00GK103185578SQ20111045740
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者陶勇刚 申请人:上海博泰悦臻电子设备制造有限公司