定位方法
【专利摘要】本发明涉及一种定位方法，包括一个第一步骤(10)，其中，由基本上位置固定的发射器的无线电信号确定一个第一位置序列(12)，其中，通过耦合由其它的传感器数据确定一个第二位置序列(14)。本发明的核心在于，在一个第二步骤(20)中对第一位置序列(12)和第二位置序列(14)相互比较。此外，本发明还涉及一种用于执行该方法的计算机程序产品。本发明也涉及一种定位装置(100)，尤其是在一台移动终端设备内，包括：一个接收器(110)，用于接收位置固定的发射器的无线电信号；定位部件(160)，用于由位置固定的发射器的无线电信号确定接收器的一个第一位置；传感器(120)，至少用于确定一个方向和一个路程，以便通过耦合确定一个第二位置；一个存储器(130)，用于存储一个第一位置序列和一个第二位置序列。本发明的核心在于，定位装置具有一个处理装置(140)用于补偿第一位置序列和第二位置序列。
【专利说明】定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定位方法，包括一个第一步骤，在该步骤中从基本上位置固定的发射器的无线电信号确定一个第一位置序列，其中通过耦合从其它的传感器数据中确定一个第二位置序列。此外，本发明还涉及一种用于执行所述方法的计算机程序产品。本发明也涉及一种定位装置。
【背景技术】
[0002]在商业应用领域到目前为止主要有WLAN定位系统，所述定位系统是以可识别的发射器(例如，WLAN路由器)的发射信号，以及在一个接收器，例如，一个定位系统，测得的这些发射信号的接收强度为基础来确定该接收器位置。对此，原则上有两种不同的理论，它们分别称作“位置指纹定位”或“信号路径建模”。在“位置指纹定位”时，在使用定位系统之前，对定位系统的整个应用区域进行测量和在每个位置对应的一个网格上面输入全部可使用的WLAN网络的接收强度。当定位系统处于运行状态时，在定位仪处测得的接收强度与存储在数据库中的接收强度相比较并通过专用的算法计算位置。最简单可行的算法是从数据库中把其测量的接收强度与定位时测量的接收强度之间几何距离最小的位置确定为位置。
[0003]在“信号路径建模”技术中，是以包含所有位于定位区域内的WLAN基站的位置的数据库作为前提条件，此外，如文献US7，403，762中所述可以通过测量定位区域内的接收强度确定这些位置。在定位过程中，在终端设备处测得的接收强度通过一种数学相关性换算成与从属基站之间的距离并且以已知的路由器位置为基础通过三边测量法确定当前位置。在这里，三边测量法与熟知的三角测量法的区别在于，只使用距离信息而不使用角度信肩、O
[0004]这两种方法的准确性依赖于基础数据库的质量，因为定位永远都不可能比通过数据库给定的参考位置更精确。在这里，在编制数据库时可能会出现各式的干扰，因为，测得的接收强度不仅与距离，此外还与位于传输路径上的对象、终端设备的方位和时间相关。此夕卜，还有可能是，甚至是在编制完数据库之后路由器的位置还会发生变化，清除路由器或新添加路由器。为了能够在这些情况下仍保证定位系统的功能性，例如，在文献US7，474，897中采取的措施是，评价每一个路由器的定位信息的质量并借此决定，是否可以使用该路由器定位。
[0005]文献US7，493，127介绍了一种在运行状态下升级数据库的方法，其中，在运行状态下在每一个定位过程中都对接收信息的完整性进行检测和在接收信息不完整或有新的接收信息的情况下能够以通过其它的路由器确定的终端设备的位置为基础改变或新添加路由器的位置。这些方法保证，当存在足够数量的其它的路由器并且能够借助这些路由器定位时，系统的功能性不会因单个路由器的特性发生变化而受到限制。
[0006]一种可以对改善行人的定位精确度的方法是通过从一个起始位置开始计算方向和距离的计算航迹导航法，也被称作惯性导航系统(INS)。例如，一个INS可以以MEMS传感器为基础。在这里，使用的是一个加速度传感器，通过计算步数与确定步长相结合来探测位置变化。此外，使用一个电子罗盘，并且是常常结合一个转速传感器来确定水平运动的方向，而压力传感器负责识别在纵轴方向的运动。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，通过利用传感器信息融合技术融合INS-数据和WLAN-数据可以实现改善定位精度。在这里，为了在一段时间内，例如，通过一个粒子滤波器来更加准确地确定借助WLAN确定的位置，使用了 INS-数据，如果没有INS则不可能实现。
[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，使用一个INS用于简化编制一个“位置指纹定位“数据库。为此，在编制数据库过程期间，借助从INS中获取的数据在两个手动输入的参考位置之间内插路径，借此只需很少的手动输入。如在【背景技术】中所述，由于在使用WLAN-定位系统时参考位置可能包括，例如，路由器位置，因此包含参考位置的基础数据库的质量会限制一个定位系统的精度。熟知的数据库优化方法只使用自己从定位系统中获取的信息用于识别位置参考的变化。例如，为了能够确定一个新的路由器的位置，必须借助位于多个地点的多个路由器的接收强度确定最新位置。因为在这里位置测量总是伴有误差，因此新定位的路由器的位置的不确定性要大于作为参考使用的路由器的位置。此外，系统错误，例如，由终端设备的方位造成的接收特性所导致的系统错误，在定位时会直接传播给新路由器的位置。位置数据库的质量经过一段时间之后会因此而下降，因为，当一个路由器位置每次变化时，路由器的位置的不稳定性都会变大。
[0008]此外，新的路由器只是在多个其它路由器的附近被分配给一个位置，否则的话不能确定参考位置。因此只能在路由器密度高的区域执行数据库优化方法和例如，在城市边缘和农村则不行。
【发明内容】
[0009]本发明涉及一种定位方法，包括一个第一步骤，其中，由基本上位置固定的发射器的无线电信号确定一个第一位置序列，其中，通过耦合由其它的传感器数据确定一个第二位置序列。本发明的核心是，在一个第二步骤(20)中对第一位置序列(12)和第二位置序列(14)相互比较。
[0010]按照本发明的方法能够自动改进定位用数据库，无须借助一个参考系统再次测量。可以逐步地扩充位于应用领域的边缘地带的位置数据库。可以测绘建筑物内的路径。这一切都形成一种优势，对于定位系统的用户，借此可以改进定位精度，对于定位系统运营商，借此可以促成极低的运营成本，因为无须额外的运营费用，通过用户的定位仪即可改进数据库的质量。
[0011]优选，按照本发明的方法可以在一个按照本发明的计算机程序产品中实施或也可以通过一个按照本发明的定位装置执行。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1显示的是按照本发明的定位方法的一个示例。
[0013]图2显示的是按照本发明比较第一位置序列和第二位置序列。
[0014]图3显示的是按照本发明的定位装置的一个示例。
【具体实施方式】
[0015]至今的系统使用INS数据和WLAN数据用于在最低的层面改进定位准确性。本发明的主题是，使系统首先单独地确定走过的路程和随后通过比较已经确定的路径识别以无线电发射机为基础的定位系统的定位错误。在这里尤其可以识别出定位系统数据库内的系统错误和也可以在边缘区域和位置参考较少的区域添加新的位置参考。本发明的理念是，以计算航迹导航法为基础，通过用户的定位装置一般性地改善位置数据库。例如，为此在定位装置内使用MEMS传感器。下面示范性地对可能的实施进行介绍。
[0016]图1显示的是按照本发明的定位方法的一个示例。在每次数据融合的初始阶段需要确定单个系统的精度。在以无线电发射机为基础的定位系统的情况下，通常逐个地确定每个已经测量的位置的定位精度2，此外，如果是INS，可以通过比较罗盘数据和转速传感器数据或罗盘偏移-补偿的特性和步长确定的精度确定定位精度4。然后，在真正的定位过程中记录数据。例如，如图2所示记录数据。
[0017]图2显示的是按照本发明比较第一位置序列和第二位置序列。此外，该示例还显示，对两个位置序列进行补偿，以便作为结果，从中求得一个位置序列。从位置固定的无线电发射器的测量值中和借助定位系统的数据库，在一个第一步骤10确定一个第一位置序列12。利用在一个INS内执行计算航迹导航法在同一个步骤10确定一个第二位置序列14，SP，一个路径。在一个第二步骤20中对这两个位置序列12和14相互比较。此外，在本例中，这两个位置序列12和14相互补偿并且作为结果从中求得一个位置序列。比较或数据融合是，例如，通过最小二乘估计法(LSE:Least-Square-Estimation)执行。在这里需要注意，当使用一个罗盘作为INS的一个传感器时，只须观察平移自由度。在这种情况下，由于是借助INS的罗盘测量绝对值，不需要转动。基于大多数时的正确的估计，即，通过INS确定的路径比通过以无线电发射机为基础的定位系统确定的位置更准确，在完成比较之后同样可以确定图2中箭头所示的定位系统的误差。通过按照各个路由器的位置区分由定位系统确定的位置，定位系统的误差可以换算成数据库的一个误差，可通过加权处理利用INS的精度对该误差进行纠正。该方法的较大优势在于，可以假定定位系统的误差和INS的误差是不相干的，借此，即使在没有或只能使用错误的信息用于借助定位系统进行定位的时候，也仍然可以优化数据库。这可以扩充位于具有位置参考的区域的边缘区域的数据库。该方法的另一个较大优势在于，可以假定，不同的人可以通过不同的终端设备(例如，定位装置)执行定位过程。因为不同终端设备的INS的误差之间是没关于联的，当通过不同终端设备执行多个过程时，这些误差相互抵消。由于在全部用于定位的参考对象之间生成一个在均值上无误差的关系，因此，实际上数据库也可以通过这种方法得以改善。唯一一个不能通过该方法纠正的误差是定位系统的全部参考对象的位置的非零平均值的偏移。但是，这种情况在实际上不具备任何相关性。
[0018]因此，与【背景技术】相得出一系列的优势。按照本发明的方法可以自动改善定位用数据库(位置数据库)，无须借助一个参考系统再进行测量。可以逐步地扩大位于应用领域的边缘区域的位置数据库。可以测绘建筑物内的路径。这一切都形成一种优势，对于定位系统的用户，借此可以改进定位精度，对于定位系统运营商，借此可以促成极低的运营成本，因为无须额外的运营费用，通过用户的定位仪即可改进数据库的质量。
[0019]按照本发明的定位方法涉及的关键部分有，以无线电发射机为基础的定位系统，用于记录一个运动路径的INS (耦合)，用于融合绝对位置和路径信息的算法，用于从融合的数据中优化数据库的方法。下面对这些部分进行详细的说明。
[0020]基于无线电发射机的定位系统
[0021]该定位系统是以一个数据库为基础，数据库用于把在终端设备确认的信息映射到当前的位置。这尤其涉及以无线电网络为基础的定位系统，而这些网络目前大多是数WLAN网络。但是，这些系统原则上也可以用于蓝牙或其它类型的无线电网络。原则上甚至可以考虑使用非电磁传输途径(例如，声学)。在WLAN定位方法范围内，该方法尤其可以应用于以包含路由器位置的数据库为基础的或使用“位置指纹定位方法的系统。
[0022]记录运动路径
[0023]如上所述，例如，可以以微机械传感器(MEMS)为基础记录一个运动路径。MEMS因其尺寸微小，结实耐用和耗能低特别适用于移动定位仪。在记录一个运动路径时，需要至少一个用于确定位置变化数值的传感器和至少一个用于确定位置变化方向的传感器。它们尤其可以是加速度传感器，罗盘和转速传感器。但是，原则上也可以以其它的传感器数据为基础记录路径信息，例如，可以使用一个车辆的速度和转向角，其中，所述车辆可以是汽车或自行车。也可以考虑把罗盘与车轮转速仪组合应用于自行车上。
[0024]位置信息和路径信息的融合
[0025]无论是位置信息还是路径信息都可以用数学方法表示为一定数量的元组兄，元组至少由两个坐标组成，但是也可以含有一个第三坐标和一个时间戳。
[0026]
【权利要求】
1.定位方法，包括一个第一步骤(10)， -其中，由基本上位置固定的发射器的无线电信号确定一个第一位置序列(12)， -其中，通过耦合由其它的传感器数据确定一个第二位置序列(14) 其特征在于，在一个第二步骤(20)中对第一位置序列(12)和第二位置序列(14)进行相互比较。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，在第二步骤(20)中对第一位置序列(12)和第二位置序列(14)进行补偿并且由所述补偿求得一个合成的位置序列。
3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，第一位置序列(12)由存储的关于配设给可能的地点的发射器的信息确定。
4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，第一位置序列(12)由存储的发射器的位置和/或信号强度确定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的定位方法，其特征在于，在一个第三步骤(30)中由第一位置序列(12)校正至少一个位置(32)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的定位方法，其特征在于，在一个第三步骤(30)中至少为第一位置序列(12)中的一个位置(34)存储关于所述的发射器或至少一个发射器(34)的位置和/或信号强度的信息。
7.根据前述权利要求中任一项所述的定位方法，其特征在于，按先后顺序多次执行该方法。
8.根据前述权利要求中任一项所述的定位方法，其特征在于，通过添加新的位置，第一位置序列和/或第二位置序列(12，14)被补充成新的第一和/或第二位置序列(12，14)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的定位方法，其特征在于，在第一步骤(10)之前，确定用于第一序列(12)的位置的各个定位的精度(2)和用于第二序列(14)的位置的精度⑷。
10.用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的计算机程序产品。
11.定位装置(100)，尤其是在一个移动终端设备中， -一个用于位置固定的发射器的无线电信号的接收器(110)， -定位部件(160)，用于由位置固定的发射器的无线电信号确定接收器的一个第一位置， -传感器(120)，至少用于确定一个方向和一个路程，以便通过耦合确定一个第二位置， -一个存储器(130)，用于存储一个第一位置序列和一个第二位置序列， 其特征在于，定位装置具有一个处理装置(140)用于比较第一位置序列和第二位置序列。
12.根据权利要求11所述的定位装置，其特征在于，处理装置(140)被配置用于补偿第一位置序列和第二位置序列，以便求得一个合成的位置序列。
13.根据权利要求11或12所述的定位装置，其特征在于，定位部件(160)包含一个数据库(162)用于存储关于配设给可能的地点的发射器的信息。
14.根据权利要求11或12所述的定位装置，其特征在于，定位部件(160)包含一个数据库(162)用于存储发射器的位置和/或信号强度。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的定位装置，其特征在于，定位装置包含一个转速传感器和/或一个电子罗盘和/或一个加速度传感器和/或一个计步器和/或一个压力传感器。
【文档编号】G01S5/02GK103502833SQ201180061304
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年11月4日 优先权日:2010年12月21日
【发明者】J·艾克曼, G·拉梅尔 申请人:罗伯特·博世有限公司