专利名称：有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种定位装置，尤其指一种用以于航迹估算时，判断全球卫星定位系统所定位的目标物位置是否可靠的一种定位装置。
背景技术：
航迹估算的功能在于告知用户，待定位目标物目前所在的位置，并进一步规划行进路线。目前一般常见的定位装置大多是由全球卫星定位系统(Global PositioningSystem,GPS)于全天候、连续提供实时高精度的三维位置和速度讯息来推得。然而，当使用者在高楼林立的市区、通过陆桥以及隧道使用定位装置时，卫星讯号将容易受到遮挡，以致 于无法提供使用者连续、准确、可靠的航迹。因此，越来越多的定位装置改为采用结合GPS系统以及惯性导航系统(inertial navigation system, INS)来进行航迹推算。INS系统是利用加速度计、陀螺仪…·等惯性感测单元(inertial measurement units, IMU),其不会受到物体遮挡、且具有抗辐射性强、可全天候量测的优点。而此种航迹估算方法需要利用到GPS接收器每隔一段时间传回代表目标物位置的卫星讯号来当作INS系统的初始位置，以便INS系统进行后续的航迹推算。因此，若初始位置不准确，之后INS系统推算待定位目标物的位置准确度将会受到很大的影响。现行判断卫星讯号是否准确系以载波噪声比(Carrier/Noise ratio,C/N)来当作依据。其中，C/N值是代表GPS接收器接收到卫星讯号的讯号强弱。若接收到强讯号，表示卫星讯号准确；反之，则代表卫星讯号准确度低。然而，接收到较强的卫星讯号，并不一定表示此时所接收到代表目标物位置的卫星讯号一定准确，亦有可能因为辐射、物体遮蔽等其他干扰，而影响初始位置的准确性。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置，改用以精度因子(Dilution of Precision，D0P)来判断初始位置的准确性。为实现上述目的，本实用新型提供的有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置，设置于一移动件上，其中该定位装置包括一惯性感测单元，具有一可量测该移动件移动距离的距离感测组件、一可量测该移动件移动方向的方位感测组件、以及一可量测该移动件移动高度的高度感测组件；—全球定位装置,每隔一第一时间输出一全球定位信息及一误差讯号，且该误差讯号为该全球卫星定位系统的精度因子；一微控制单元，耦接该惯性感测单元以及该全球定位装置，并产生一精确位置；以及一输出装置，耦接该微控制单元；其中，该微控制单元包含一判断该全球定位信息是否为准确的有效位置判断单元，并接收该全球定位信息以及该误差讯号，若该有效位置判断单元根据该误差讯号判断该全球定位信息为准确，则该精确位置输出为该全球定位信息。所述的定位装置，其中，该微控制单元包含一演算单元，耦接该惯性感测单元，并以每隔一第二时间输出一惯性定位信息；以及一位置修正单元，耦接该演算单元以及该有效位置判断单元，并产生该精确位置，且该位置修正单元接收到该全球定位信息时，以该全球定位信息作为该精确位置；反之，则以该惯性定位信息作为该精确位置。所述的定位装置，其中，该位置修正单元根据该惯性定位信息以及该全球定位信息，产生一传送至演算单元的位置修正讯号。所述的定位装置，其中，该距离感测组件为一侦测该移动件加速度的加速度计。所述的定位装置，其中，该方位感测组件为一侦测该移动件方位角的磁力计。所述的定位装置，其中，该高度感测组件为一侦测该移动件气压值的气压计。所述的定位装置，其中，该输出装置为一泛欧数字式移动电话系统(GSM)。所述的定位装置，其中，该位置修正单元包含一扩展型卡尔曼滤波器。所述的定位装置，其中，该微控制单元包含一滤除该距离感测组件噪声、该方位感测组件噪声、以及该高度感测组件噪声的滤波单元，耦接于该惯性感测单元及该演算单元之间。所述的定位装置，其中，该微控制单元包含一地图修正单元，耦接于该位置修正单元及该输出装置之间。本实用新型鉴于公知技术中，GPS接收器利用C/N值来作为判断卫星讯号是否准确的依据，本实用新型改用DOP值作为判断依据，其中，DOP值系根据用户所在的位置不同而使卫星形成不同的几何空间所造成的距离误差程度。相较于C/N值，DOP值更不易受到辐射、物体遮蔽等干扰。故利用DOP值将可取得更强健的初始位置，而提高航迹定位的准确性。
图I是本实用新型一较佳实施例的有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置架构图。图2是本实用新型一较佳实施例的精确位置推算示意图。附图中主要组件符号说明10惯性感测单元，20全球定位装置，30微控制单元，40输出装置，110距离感测组件，120方位感测组件，130高度感测组件，310滤波单元，320演算单元，330位置修正单元，340地图修正单元，350有效位置判断单元。
具体实施方式
本实用新型提供了一种有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置，设置于一移动件上。定位装置包括一惯性感测单元、一全球定位装置、一微控制单元、及一输出装置。其中，惯性感测单元具有一可量测移动件移动距离的距离感测组件、一可量测移动件移动方向的方位感测组件、以及一可量测移动件移动高度的高度感测组件。全球定位装置每隔一第一时间输出一全球定位信息及一误差讯号。且误差讯号为GPS系统的精度因子(Dilution of Precision,DOP)。微控制单元稱接惯性感测单元以及全球定位装置,并产生一精确位置。而输出装置则耦接微控制单元。其中，微控制单元包含一判断全球定位信息是否为准确的有效位置判断单元，并接收全球定位信息以及误差讯号，若有效位置判断单元根据误差讯号判断全球定位信息为准确，则精确位置输出为全球定位信息。此外，本实用新型的微控制单元可还包含一演算单元、及一位置修正单元。其中，演算单元可为耦接惯性感测单元。并以每隔一第二时间输出一惯性定位信息。而位置修正单元则可耦接演算单元及有效位置判断单元，并产生精确位置。而位置修正单元接收到全球定位信息时，以全球定位信息作为精确位置；反之，则以惯性定位信息作为精确位置。再者，本实用新型的位置修正单元可根据惯性定位信息以及全球定位信息，产生一传送至演算单元的位置修正讯号。再者，本实用新型的距离感测组件可为一侦测移动件加速度的加速度计。再者，本实用新型的方位感测组件可为一侦测移动件方位角的磁力计。再者，本实用新型的高度感测组件可为一侦测移动件气压值的气压计。再者，本实用新型的输出装置可为一泛欧数字式移动电话系统(GSM)。再者，本实用新型的位置修正单元可包含一扩展型卡尔曼滤波器(ExtendedKalman Filter, EKF)。再者，本实用新型的微控制单元可还包含一滤除距离感测组件噪声、方位感测组件噪声、以及高度感测组件噪声的滤波单元。滤波单元可耦接于惯性感测单元及演算单元之间，以分别滤除此移动件于行进间的加速度、角速度、及气压值的噪声。另外，本实用新型的微控制单元可还包含一地图修正单元。地图修正单元可耦接于位置修正单元及输出装置之间，以校正移动件的行进间的路线轨迹。以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本实用新型的申请专利范围。而有关本实用新型的其他目的与优点，将在后续的说明与附图中加以阐述。请参考图1，是本实用新型一较佳实施例的有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置架构图。如图I所示，本实施例的定位装置是设置于一移动件上，以推算移动件行进的路线轨迹。在本实施例中，此移动件为一车辆。定位装置包括一惯性感测单元10、一全球定位装置20、一微控制单元30、及一输出装置40。其中，惯性感测单元10具有一可量测车辆移动距离的距离感测组件110、一可量测车辆移动方向的方位感测组件120、以及一可量测车辆移动高度的高度感测组件130。在本实施例中，距离感测组件110为侦测车辆加速度a a的加速度计。方位感测组件为侦测车辆方位角Ga的磁力计。而高度感测组件130则为侦测车辆气压值Pa的气压计。全球定位装置20每隔一第一时间tl输出一全球定位信息Pg及一误差讯号Dop。此误差讯号Dop为GPS系统的精度因子(Dilution of Precision, D0P)。而微控制单元30则耦接惯性感测单元10以及全球定位装置20，以据此产生一精确位置Pc而获得车辆行进的路线轨迹，并传送到输出装置40来显示车辆行进的路线轨迹。在本实施例中，输出装置40为一泛欧数字式移动电话系统(GSM)。上述微控制单元30包含一滤波单元310、一演算单元320、一位置修正单元330、一地图修正单元340、及一有效位置判断单元350。其中，滤波单元310耦接于惯性感测单元10以及演算单元320之间，据以分别滤除车辆的加速度CIa、方位角0a、以及气压值03的噪声。在本实施例中，滤波单元310为一低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)，以将噪声过滤而降低惯性感测单元10于量测时所造成的误差，并产生滤波后的加速度Cia、方位角ea、以X及气压值P a至演算单元320。值得注意的是，有效位置判断单元350接收全球定位信息Pg及误差讯号Dop，以根据误差讯号Dop判断全球定位信息Pg是否准确。若全球定位信息Pg被判断为准确，贝1J输出全球定位信息Pg至位置修正单元330 ;反之,则告知位置修正单元330未收到全球定位信息Pg的讯息。在本实施例中，若误差讯号Dop小于2单位值,则全球定位信息Pg被判定为准确；反之，则有效位置判断单元350不输出全球定位信息Pg至位置修正单元330。演算单元320是通过滤波单元310连接距离感测组件110、方位感测组件120、以及高度感测组件130，以接收滤波后的加速度Cia、方位角0a、以及气压值pa。并以每隔一第二时间t2输出代表车辆所在位置、速度、及方位的一惯性定位信息Pi。且第一时间tl的时间间隔大于第二时间t2的时间间隔。 位置修正单元330为耦接演算单元320及有效位置判断单元350，以据此产生精确位置Pc。当位置修正单元330接收到有效位置判断单元350传来的全球定位信息Pg时，位置修正单元330将以全球定位信息Pg来作为精确位置Pc输出；反之，将以惯性定位信息Pi来作为精确位置Pc输出。此外，位置修正单元330是根据惯性定位信息Pi以及全球定位信息Pg，产生一位置修正讯号Am至演算单元320。在本实施例中，位置修正单元330包含一扩展型卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter, EKF),以修正演算单元320中，车辆所在位置、速度、及方位的惯性定位信息Pi的算法，进而得到更准确的惯性定位信息Pi。此外，当位置修正单元330有接收到全球定位信息Pg时，位置修正单元330将会产生具有全球定位信息Pg的位置修正讯号Am。此时,演算单元320将以全球定位信息Pg作为惯性定位信息Pi的初始位置，而位置修正单元330将以全球定位信息Pg作为精确位置Pc输出。而当位置修正单元330未接收到全球定位信息Pg时，位置修正单元330将会产生修正惯性定位信息Pi的位置修正讯号Am。此时，演算单元320会根据代表全球定位信息Pg的初始位置、加速度a a、方位角Θ a、及气压值P a，以每隔一第二时间t2输出车辆所在位置、速度、及方位的惯性定位信息Pi至位置修正单元330，进而得到下一次的精确位置Pc。其中，计算车辆所在位置需要计算出车辆的移动距离、所在高度及所在方位。在此，车辆移动距离是由加速度^^积分两次并根据车辆在此时所移动的时间而求得。车辆所在高度系根据气压值Pa，并通过关系式
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Kt VPs )而推得。其中，P s为标准大气压力，R为气体常数，Kt为温度梯度，g0为重力加速度，Ts为目前设定温度。而车辆所在方位则通过方位角0a取得。请参考图2，是本实用新型一较佳实施例的精确位置推算示意图。接下来将描述位置修正单元330如何根据惯性定位信息Pi以及全球定位信息Pg来产生精确位置PcO Pc7。如图2所示,全球定位装置20每隔第一时间tl输出一全球定位信息Pgl Pg3,而对应形成时间点tla tic...，而演算单元320每隔第二时间t2输出一惯性定位信息Pil Pi7，而对应形成时间点t2b t2h...。其中，时间点tlb等于时间点t2d，时间点tic等于时间点t2g，且此第一时间tl大于第二时间t2。在本实施例中，位置修正单元330于时间点tla接收到全球定位信息Pgl、于时间点tlb接收到全球定位信息Pg2，此时，位置修正单元330将对应以全球定位信息Pgl、Pg2作为精确位置PcO、Pc3。演算单元320于时间点tla接收到具有全球定位信息Pgl的位置修正讯号Aml (未绘出)时，将会以全球定位信息Pgl来作为计算惯性定位信息Pil、Pi2的初始位置，以估算精确位置Pcl、Pc2。而演算单元320于时间点tlb接收到具有全球定位信息Pg2的位置修正讯号Am4 (未绘出)时，将会以全球定位信息Pg2来作为计算惯性定位信息Pi4、Ρ 5的初始位置，以估算精确位置Pc4、Pc5。值得注意的是，全球定位装置20虽然在时间点tic有输出全球定位信息Pg3(未绘出)，但是误差讯号Dop被有效位置判断单元350判断为不准确，因此，位置修正单元330于时间点tic不会接收到全球定位信息Pg3，使 得演算单元320将持续以全球定位信息Pg2作为计算惯性定位信息Pi6、Ρ 7的初始位置，以估算精确位置Pc6、Pc7。地图修正单元340耦接于位置修正单元330及输出装置40之间，以校正车辆行进的路线轨迹。当车辆行驶于路上时，精确位置Pc可能会被定位到旁边非道路的地方，通过地图修正单元340的校正，就可以把车辆拉回到更正确的位置，并传送车辆行进的路线轨迹至输出装置40。因此，本实用新型的定位装置利用GPS系统的DOP值来判断全球定位信息Pg的是否可靠，不但可以得到更准确的初始位置，更可以确保惯性定位信息Pi的准确性，进而提高目标物定位的准确性，而使航迹估测更精准。上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求1.一种有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置，设置于一移动件上，其特征在于，该定位装置包括 ー惯性感测单元，具有一可量测该移动件移动距离的距离感测组件、一可量测该移动件移动方向的方位感测组件、以及一可量测该移动件移动高度的高度感测组件； 一全球定位装置，姆隔ー第一时间输出一全球定位信息及一误差讯号，且该误差讯号为该全球卫星定位系统的精度因子； 一微控制単元，耦接该惯性感测单元以及该全球定位装置，并产生一精确位置；以及 ー输出装置，耦接该微控制単元； 其中，该微控制単元包含一判断该全球定位信息是否为准确的有效位置判断単元，并接收该全球定位信息以及该误差讯号，若该有效位置判断単元根据该误差讯号判断该全球定位信息为准确，则该精确位置输出为该全球定位信息。
2.如权利要求I所述的定位装置，其中，该微控制単元包含 一演算単元，耦接该惯性感测单元，并以每隔ー第二时间输出ー惯性定位信息；以及 一位置修正単元，耦接该演算单元以及该有效位置判断単元，并产生该精确位置，且该位置修正単元接收到该全球定位信息吋，以该全球定位信息作为该精确位置；反之，则以该惯性定位信息作为该精确位置。
3.如权利要求2所述的定位装置，其中，该位置修正単元根据该惯性定位信息以及该全球定位信息，产生ー传送至演算単元的位置修正讯号。
4.如权利要求I所述的定位装置，其中，该距离感测组件为ー侦测该移动件加速度的加速度计。
5.如权利要求I所述的定位装置，其中，该方位感测组件为ー侦测该移动件方位角的磁力计。
6.如权利要求I所述的定位装置，其中，该高度感测组件为ー侦测该移动件气压值的气压计。
7.如权利要求I所述的定位装置，其中，该输出装置为ー泛欧数字式移动电话系统。
8.如权利要求2所述的定位装置，其中，该位置修正単元包含ー扩展型卡尔曼滤波器。
9.如权利要求2所述的定位装置，其中，该微控制単元包含ー滤除该距离感测组件噪声、该方位感测组件噪声、以及该高度感测组件噪声的滤波单元，耦接于该惯性感测单元及该演算単元之间。
10.如权利要求2所述的定位装置，其中，该微控制単元包含一地图修正単元，耦接于该位置修正単元及该输出装置之间。
专利摘要一种有效全球卫星定位系统所在位置判断的定位装置，并设置于一移动件上。定位装置包括一可量测移动件移动距离、移动方向、及移动高度的惯性感测单元、一提供全球定位信息及误差讯号的全球定位装置、一根据误差讯号以判断全球定位信息是否为准确的微控制单元、及一输出精确位置的输出装置，以确保全球定位信息的可靠性，进而提高目标物定位的准确性。
文档编号G01S19/42GK202649469SQ20122022663
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年1月19日
发明者蓝明传, 游凯纶 申请人:康讯科技股份有限公司