用于确保个人导航设备的服务的持续性的方法及其设备的制作方法
【专利摘要】描述了一种在GNSS卫星信号接收不足的情况下用于确保便携式导航设备（10）服务的持续性的方法，其中用户通过数据输入装置（115）为便携式导航设备（10）提供关于设备（10）的当前位置的第一数据，而且其中，个人导航设备（10）使用用户输入的所述第一数据和来自与便携式导航设备（10）关联的定位工具（105、110、127、170、180、190）的第二数据并且不使用GNSS卫星信号，来计算其自己的位置。
【专利说明】用于确保个人导航设备的服务的持续性的方法及其设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于确保个人导航设备的服务的持续性的方法并且涉及下文中也称为PND (“个人导航设备”)的关联设备。
[0002]更具体而言，本发明涉及用于确保个人导航设备的服务的持续性的方法，其中个人导航设备在GNSS卫星信号接收不足的情况下使用而且，尤其是，当设备在一段时间的闲置之后开启时。
【背景技术】
[0003]商用的个人导航设备现在已经很普遍，这种设备可以在走路或开车的时候使用，而且可以给予用户关于设备本身地理位置的信息。
[0004]所述个人导航设备通常利用从属于所谓全球导航卫星系统(GNSS)的合适卫星发送到地球的信息，GNSS包括GPS系统、GL0NASS系统及仍处于开发当中的欧洲GALILEO系统
坐坐寸寸。
[0005]所述设备的缺陷是如果他们不能从这种卫星接收到足够数目的信号，它们就不能正确工作或者完全不能工作。例如，这会在室内区域及，一般而言，卫星所发射的无线电信号由于其路径上的障碍物而不能到达个人导航设备的任何地方发生。此外，当这种设备在关闭或停用之后重新开启时，为了计算其自己的位置，必须等个人导航设备执行多个操作来获取卫星信号。对于GPS类型的GNSS卫星系统，这种获取操作用技术术语来说被称为“GPS固定”。
[0006]用于获取卫星信号的这些操作需要一定的时间，定义为“第一固定时间”，依赖于各种因素，这个时间段会更长或更短，除别的之外，所述因素包括从设备最后关闭开始所经过的停用时间及个人导航设备本身的计算效率。无论如何，所述时间段都会从几十秒至几分钟变化，这导致用户不能从个人导航设备快速获得对知道他/她位置及到达期望目的地必须沿着的路线有用的任何信息的不便。
[0007]使这种等待甚至更加讨厌的是用户实际上常常完全知道他/她的当前位置的事实，例如，就像在开始旅程的情况下。这一般是在闲置一段时间后用户刚开启个人导航设备的时刻。
[0008]换句话说，用户通常知道要计划的路线的起点，这可以是例如他/她的家或者工作地点、他/她之前目的地的某个地址、一个兴趣点(机场、宾馆、停车场)，等等。
[0009]而且，起点常常位于室内环境中(私人住宅、公共建筑物、封闭的停车区域、车库)或者人口密集的区域中(老城区中心、有许多摩天大楼的镇区)，在这些地方卫星接收非常差或者完全缺失。为此，用户被迫“盲目地”四处移动，即，没有来自个人导航设备的路线指示，搜索确保卫星定位信号接收的开放地点，然后他/她必须在那里等待，直到获得卫星信号。
[0010]同样，在旅程期间，也可能发生到GNSS系统的连接由于妨碍卫星信号的障碍物(例如，隧道、摩天大楼)存在而丢失或者定位信息由于卫星信号接收不足或不完全而变得极其不正确或不可靠，使得个人导航设备检测到的当前位置是错误的或者总之受到了对于其被认为可靠而言过大的不确定裕量的影响。
[0011]在以上提到的卫星信号丢失或接收不足的情况下，本领域中已知的个人导航设备以不同的方式反应。
[0012]例如，当被开启时，有些个人导航设备假设当前位置是在设备最后关闭时检测到的那个位置。这种假设完全是随意的而且常常不是真的，而且因此是完全不可靠的，而且，在没有首先通过借助卫星固定操作进行的实际位置的计算来接收对假设位置的确认的情况下，个人导航设备不可能确信假设位置的正确性。
[0013]在旅程期间卫星接收停止的情况下，有些个人导航设备尝试通过做更多或更少关于中断之前设备运动状态的似乎真实的假设来推导当前位置，并且利用可从其它来源，诸如可用的地图，获得的信息来交叉检查这种数据。
[0014]例如，当行驶到一个公路隧道中时，放在车上的个人导航设备不再能从卫星监测到信号，而且因此假设用户沿着相同的公路以与进入隧道之前相同的速度保持行驶，直到它再次接收到有效GNSS信号，该有效GNSS信号允许它根据更可靠的数据获得位置。
[0015]这种技术只在特定的情况下可以获得满意的结果，该特定情况诸如是所述的情况，其中卫星接收中断的造成原因是事先已知的而且在所述中断期间个人导航设备可以沿着的路径也是明确知道的:唯一一个未知的变量是瞬时速度，这可以假设成是恒定的并且等于进入隧道之前检测到的速度。
[0016]但是，就整体情况而言，这种技术的使用不能获得可以接受的结果。例如，当信号由于限制卫星可见性的附近建筑物而在城区中丢失时，这种技术就因为许多附近十字路口的存在而不适用，因此具有个人导航设备的车辆会沿着不可能事先预见的各种备用路线。
[0017]当GNSS信号接收丢失时，有些个人导航设备利用称为INS (“惯性导航系统”)的用于运动检测的惯性系统的存在(陀螺仪传感器、加速计等)，和/或其它传感器或测量仪器(例如，磁力计、高度计、里程表)，通过从前一时刻已知的位置开始并且通过计算其间所覆盖的路径，这些系统允许获得瞬时位置。总体上，该组INS系统及所述其它测量仪器作为整体构成一类不依赖于GNSS系统的定位工具；在本描述的范围内，这些工具可以定义为“定位工具”，因为它们允许个人导航设备通过用于关连、处理和交叉检查由这种工具提供的数据的合适算法直接地或者间接地获得其自己的当前位置。
[0018]属于惯性导航系统组的加速计还可以检测它们所锚定的装置或对象的空间朝向；因而，当实现多个功能性时，它们可以用于那个目的，如以下将更具体描述的。
[0019]惯性导航系统通常基于通过从由合适陀螺仪测出的加速度值开始执行的二重积分运算；因此，小的测量误差会随时间累积并且损害计算出的位置的准确性，如果更可靠的位置数据不可获得的话，则这会很快降至可以接受的水平之下，基于更可靠的位置数据可以做出补偿性校正。这种误差累积现象通常被称为“漂移误差”。
[0020]包括惯性导航系统的个人导航设备有必要频繁地从GNSS系统获得新的绝对位置，以校准通过惯性导航系统计算出的位置，否则，随着所穿行空间的增加，所提供的位置的不确定性将很快变得不可容忍。
[0021]因此，包括惯性导航系统的那些个人导航设备也有缺陷，它们只能在初始绝对位置已知的时候工作，当GNSS信号不可用时，它们不能得到该位置。因为它们的工作原理，所以它们只能关于已知的初始位置计算相对运动。因此，当个人导航系统不知道基于GNSS信号获得的初始绝对位置的任何时候，就像在设备在长期闲置之后开启的情况下，个人导航设备中惯性导航系统的存在根本就是没有益处的。
【发明内容】
[0022]因此，本发明的一个目标是提供用于确保个人导航设备服务的持续性的方法，该方法允许在设备长期闲置之后开启时完全消除对设备位置计算的等待。
[0023]本发明的另一个目标是提供用于确保个人导航设备服务的持续性的方法，当设备在长期闲置之后开启时，不需要为了能够基于来自GNSS系统的卫星的无线电电信号计算其自己的位置而被带到一个开阔地点。
[0024]本发明的另一个目标是提供用于确保个人导航设备服务的持续性的方法，该方法具有减小的漂移误差而且该方法不需要接收来自GNSS信号的关于其自己位置的数据。
[0025]本发明还有另一个目标是提供用于确保个人导航设备服务的持续性的方法，该方法允许校正用户基于他/她自己的观察发现是错的“联机”位置。
[0026]本发明的这些及其它目标是通过如所附权利要求中所述的用于确保个人导航设备服务的持续性的方法及其设备实现的，所述权利要求要成为本描述的组成部分。
[0027]简而言之，本发明涉及用于确保个人导航设备服务的持续性的方法，该方法在GNSS卫星信号的接收不足而且个人导航设备不能准确确定其自己的位置的时候使用。
[0028]GNSS卫星信号的接收不足主要发生在两种情况下:当设备在长期闲置之后开启时，或者当卫星信号由于卫星和设备自身之间的障碍物而丢失时。
[0029]根据本发明的方法需要用户把他/她自己的位置输入到设备中，从而为设备提供初始数据，随后该数据连同来自与其关联的定位工具的其它数据一起被设备用于确定其自己的位置，同时等待足量的卫星信号，以允许设备正常工作。
[0030]这种定位工具包括，例如，高度计、磁性指南针、惯性导航系统、里程表、速度计等。
[0031]用户不需要关于精确的地理坐标，即，纬度和经度，知道他/她自己的位置。事实上，他/她为设备提供一般性的指示，诸如像兴趣点的位置或者关闭之前设备中所存储的最后位置，就够了，或者可以使用从远程档案接收到的图像。
[0032]本发明进一步的特征在所附权利要求中阐述，所述权利要求要作为本描述的一个组成部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]通过具体参考附图，以上目标将从以下对用于确保个人导航设备服务的持续性的方法及其设备的具体描述变得更加显然，其中:
[0034]图1示出了混合型个人导航设备的框图；
[0035]图2示出了图1的个人导航设备的第一种工作模式，它实现了根据本发明用于确定其自己位置的方法；
[0036]图3示出了图1的个人导航设备的第二种工作模式；
[0037]图4示出了校准过程的流程图；
[0038]图5至15示出了可以在图1的个人导航设备的屏幕上显示的屏幕截图；[0039]图16示意性地示出了地图上图1的设备关于预定参考点的位置；
[0040]图17说明了用于计算图16中所示一些距离的方法；
[0041]图18示意性地示出了图1的设备关于两个预定参考点的位置；
[0042]图19示出了用于计算图18中所呈现一些点的位置的方法；
[0043]图20示出了关于把位置手动输入到图1的设备中的流程图。
具体实施例
[0044]现在参考图1，示出了混合型个人导航设备10的框图，S卩，既包括GNSS卫星信号接收模块100又包括惯性导航模块105，S卩，INS系统。
[0045]模块100、105都通过例如第一连接总线130连接到微处理器120，它们向该微处理器发送对于计算个人导航设备10的当前位置有用的数据。
[0046]微处理器120是个人导航设备10的控制和计算单元，在其控制下，图1中所示并且直接或间接连接到其的其它单元可以工作。
[0047]所述其它单元包括存储器125，其包含对个人导航设备10的操作有用的所有数据，诸如地图127、用户数据、配置和个人设置、之前选择的目的地、兴趣点等。
[0048]存储器125还可以部分地或者完全地包含对于个人导航设备10的操作所必需的固件，而且可以包括一个或多个部分，这些部分可以是易失性或非易失性类型、ROM或RAM类型、与个人导航设备10分开或者固定地集成在其中。
[0049]显示器或屏幕115允许显示地图127、为个人导航设备10计算出的当前位置、位于周围区域的兴趣点及可以图形形式表示的任何其它信息。
[0050]附加单元110可以包括除卫星信号接收模块100中和惯性导航模块105中所包括的那些传感器或仪器之外的其它传感器或仪器，这些传感器或仪器集成到个人导航设备10中，以帮助更准确可靠地确立位置。
[0051]附加单元110 —般包括高度计，即，能够检测一个位置从海平面算起的海拔的仪器，和/或能够检测地磁极并且通过合适调整还能检测地理磁极的方向的磁性指南针。
[0052]附加单元110 —般通过连接总线耦合到微处理器120，该连接总线可以与由卫星信号接收模块100和惯性导航模块105使用的第一连接总线130共用，就像在图1所示的情况下。
[0053]术语“连接总线”通常指终端电子装置之间能够确保数据及控制与标志信号的交换的任何连接方式。
[0054]可选地，其它传感器或辅助仪器170可以存在并且通过物理接口设备175间接地与微处理器120关联。
[0055]当辅助传感器170通过使用射频信号的无线连接或位于个人导航设备10外部的有线连接器连接时，会发生这种情况，它们可以通过任何类型的耦合插头或插座与其关联。
[0056]例如，辅助传感器170可以包括自行车的里程表和/或速度计，通过无线连接145与接口设备175关联，接口设备包括射频接收器并且转换从辅助传感器170接收到的信号，以便通过第二连接总线150使它们能够让微处理器120理解。
[0057]例如，辅助传感器170可以包括车辆的里程表和/或速度计，由车辆的适当数据处理单元或电子控制单元控制，所述数据处理单元或电子控制单元能够通过第二连接总线150把由所述辅助传感器170测出的数据发送到微处理器120，其中第二连接总线150经有线或无线连接工作。
[0058]在这种特定情况下，接口设备175包括所述电子控制单元。
[0059]此外，个人导航设备10可以通过接口设备175与无线电移动通讯网络终端190和/或与WLAN或W1-Fi无线电通信终端180关联，以便获得对远程计算机系统的访问，其中远程计算机系统可以提供可以用于定位个人导航设备10的辅助数据。
[0060]特别地，在与车辆关联的个人导航设备10的情况下，有可能把微处理器120、存储器125及卫星信号接收模块100的至少一部分、惯性导航模块105的至少一部分和附加单元110的至少一部分集成到车辆中，而辅助传感器170、无线电移动通讯网络终端190及WLAN或W1-Fi无线电通信终端180包括单独的设备，这些也可以来自与个人导航设备10的来源或制造商不同的来源或制造商。
[0061]对于能够输入数据和命令的用户来说，适当的输入单元必须可用。一般而言，输入单元可以任何形式和方式提供，例如，通过键盘、与显示器关联的定点(pointing)设备和按钮、语音命令系统，等等。优选地，本发明的实现在这里是通过使用输入单元的一种实施例来描述的，输入单元的这种实施例包括触摸屏显示器，即，当外来主体触摸显示器时能够基于显示器上所表示的图形信息并基于触摸位置获得命令和其它输入数据的单元。
[0062]在本发明的这种实施例中，显示器115还充当数据和命令输入单元。它可以通过任何方式，例如，通过能够在显示器115和微处理器120之间交换信号和数据的双向通信总线116，耦合到微处理器120。
[0063]依赖于个人导航设备10的复杂性、尺寸和预期用途(例如，安装在自行车或摩托车上、手持、部分或完全结合到车辆中)，显示器115可以是单独的或者可分离的单元，或者它可以集成到包含微处理器120和/或图1中所示其它结构性元件的相同外壳中。
[0064]为了方便根据本发明的当前位置的手动输入及有些传感器的操作(例如，集成的磁性指南针)，显示器115和/或单独的或可分离的数据输入单元可以经无线连接(例如，蓝牙、W1-Fi)或有线连接连接到个人导航设备10。
[0065]通过基于为模块105的INS传感器、模块100的GNSS传感器和附加单元110的仪器检测出的精度和准确度校正卫星接收中的漂移误差或间隙，由辅助传感器/仪器170提供的数据可以由微处理器120用于改善由惯性导航模块105和/或由卫星信号接收模块100计算出的定位数据。
[0066]个人导航设备10还包括其它结构性元件，诸如电源单元、电池、用于音频再现的
扬声器等。
[0067]图2示出了根据本发明的个人导航设备10的第一种工作模式。
[0068]当其被开启时，或者在复位操作之后，个人导航设备10开始(步骤200)并且变量FLAG被设置成零(步骤204)。
[0069]然后，微处理器120激活卫星信号接收模块100，该模块尝试接收并获取GNSS卫星信号，以便计算个人导航设备10的当前位置(步骤208 )，同时优选地在显示器115上指示信号获取状态。
[0070]如果这种尝试在预定的时间间隔内成功(步骤212)，则当前位置被计算出来(步骤262)并且有可能以个人导航设备10的制造商定义的方式并且根据当前激活的用户设置在显示器115上所显示的地图上示出。
[0071]只要存在这样多个GNSS卫星信号允许足够准确的定位，循环260就以某个频率重复，以便根据在个人导航设备10中编程的指示来更新位置并计算速度、运动方向及可能与瞬时位置的变化相关并且被认为用户感兴趣的其它量。
[0072]如果定位不能在预定的等待时间间隔内从GNSS卫星信号获得，或者如果用户通过输入单元，例如触摸屏显示器115，输入了合适的停止命令，则验证FLAG变量的值是否为1 (步骤 216)。
[0073]根据本发明，如果用户不想手动输入位置，则FLAG变量取值一，即，他/她已经停用了这个功能。在肯定的情况下，在本发明的所述第一种实施例中，微处理器120促使卫星信号接收模块100尝试获取适于允许定位个人导航设备10的一组卫星信号(循环260)，直到所述位置可以被计算。
[0074]在否定的情况下，警告用户有效的GNSS信号不可用并询问他/她是否想使用通过例如经图5中所示的屏幕来执行手动过程输入当前位置(步骤220和224)的可能性。
[0075]如果用户否定地响应，例如，通过触摸显示器及输入单元115上显示的第一虚拟键520 “No”(否)，则FLAG变量被设置成1 (步骤228)，以便存储这个阶段用户的选择，并且个人导航设备10返回等待状态，等待有效的卫星信号(步骤208)。
[0076]相反，如果用户肯定地响应，例如，通过触摸显示器及输入单元115上显示的第二虚拟键510 “Yes”(是)，则用户可以借助通过个人导航设备10本身使得可用的数据和命令来执行手动输入位置的过程(步骤232)，如以下将更具体讨论的。通过这个过程，用户可以向个人导航设备10提供一组适于定义其当前位置的第一数据。
[0077]一旦获取到了当前位置，个人导航设备10就通过使用惯性导航模块105及还有可能附加单元110和可用的任何辅助仪器170而不依赖于卫星信号来计算在一定数量的连续时刻所处的位置(步骤236)。
[0078]然后，个人导航设备10验证在这个期间是否有效的GNSS信号再次变得可用(步骤240)而且，如果没有，则它检查漂移误差是否留在预定的最大阈值之下(步骤244)。在肯定的情况下，重复步骤236和240的序列。如果最大允许的漂移误差阈值被超过，则系统将返回手动获取当前位置的步骤232并且将重复已经描述过的步骤236-240-244的序列。
[0079]实质上，只要漂移误差留在最大阈值之下而且GNSS信号不可用，循环254就重复，而当所述误差超过最大允许值时，执行更长的循环250，以提示用户手动输入位置。
[0080]如果GNSS卫星信号再次变得可用，则微处理器120通过使用GNSS卫星信号接收模块100激活位置计算(步骤262)并且重复循环260，其中个人导航设备10通过使用卫星信号接收模块100保持定位其自己。
[0081 ] 简而言之，在图2的工作模式中，个人导航设备10等待接收GNSS卫星信号。如果GNSS卫星信号不可用，而且如果用户这么期望，则当前位置被手动输入并且后续位置通过使用附加工具105、110、170、180、190来计算，而不依赖于卫星信号，直到GNSS卫星信号再次变得可用。当GNSS接收模块100不以适当方式工作时，这些工具提供了对计算个人导航设备的瞬时位置有用的一组第二数据。如果漂移误差超过预定义的最大阈值，则手动输入过程必须重复，以便再次把漂移误差带到所述阈值之下。
[0082]当卫星信号接收模块100给出的位置不准确或者如果，例如，用户知道他/她打算进入未被GNSS卫星信号覆盖的区域(例如，隧道、室内场所、树林、停车区域等)时，本发明的这第一种实施例不为用户提供立即切换到不基于卫星信号接收模块100的工作模式的可能性，在这些情况下优选地是立即切换到不基于卫星信号的工作模式。
[0083]因此，本发明的方法也可以实现成图3中所示的第二种实施例。
[0084]图3的第二种实施例与图2实施例的区别在于，关于通过卫星信号接收模块10的定位模式，图2循环260中所包括的步骤368在这个例子中重新编号为360。
[0085]在这种情况下，个人导航设备10周期性地检查通过卫星信号接收模块100计算出的位置是否具有比第二预定义阈值高的准确度，或者，用户已经因为例如他/她已经意识到个人导航设备10所显示的当前位置是错的或者不可靠而表示了期望停止这种定位模式。
[0086]当这些条件中至少一个出现时，个人导航设备10退出循环360并且依赖于当前位置是否可以利用非GNSS工具(惯性导航模块105、附加工具110、170、180、190和地图127)的帮助被计算出来而不同地动作(步骤372)。
[0087]事实上可能发生:来自所有非GNSS依赖定位工具即惯性导航模块105、地图127、附加单元110和与个人导航设备10关联的外部设备170、180、190(车辆的里程表和速度计、来自无线电移动网络或者来自其它无线电通信系统的信息)的数据的组合具有个人导航设备10能够自主地定位的准确程度，而不用通过用户的手动干预交互地获取其位置。事实上有可能保持所有非GNSS依赖的定位工具保持活动，以便在卫星信号接收模块100可以向用户提供其自己的位置的同时也计算个人导航设备10的位置。
[0088]虽然这一方面增加了定位所需的复杂性和计算能力，但是另一方面这种布置最小化了为确保个人导航设备10服务的持续性所需的用户手动干预的次数。
[0089]而且，通过交叉检查由模块100、105提供的定位数据与从地图127获得的那些(道路或其它可行驶或行人地点的存在、海拔、设备可以位于其中的无线电移动或W1-Fi小区)并且通过把这些数据与个人导航设备10的持有人的知识(例如，行人、摩托车或自行车、地面车辆)关连，附加单元110和外部设备170、180、190可以被卫星信号接收模块100和惯性导航模块105 二者使用，以便提高所计算出的位置的准确度。
[0090]如果在步骤372执行的关于通过非GNSS工具计算当前位置的可能性的验证成功，则通过使用这种工具来计算位置，直到再次检测到GNSS卫星信号的存在(步骤340)并且发现漂移误差是可以容忍的(步骤344)，从而进入已经作为循环254参考图2描述过的通过非GNSS依赖工具的计算的循环354。
[0091]相反，如果当前位置不能自主地通过使用非GNSS依赖的工具计算，或者如果用户退出通过非GNSS依赖的工具计算的循环354，则过程继续到步骤316，其中检查用户是否表示期望通过使用已经参考图2描述过的用于最初设置并验证FLAG变量值的相同机制来执行迭代手动位置输入过程。随后，验证(步骤384)1ST_HME变量的值，这个变量最初在步骤305设置成1。
[0092]1ST_TIME变量用于避免询问用户若干次他/她是否想激活交互的手动位置输入过程。如果该过程第一次到达步骤384，则个人导航设备10询问用户他/她是否想激活手动位置输入过程(步骤320);在否定回答的情况下(步骤324)，个人导航设备10把FLAG变量设置成1并且重新进入循环360，等待GNSS卫星信号。在肯定回答的情况下(步骤324)，个人导航设备10手动地从用户获取当前位置(步骤332)并且把ISTJIME变量设置成零(步骤390)，以发信号通知已经做了请求；之后进入通过不依赖于卫星信号的工具定位的循环354。
[0093]因此，在其中来自卫星的GNSS信号缺失或者不足的特定情形下，或者在其中用户因为他/她意识到他/她自己的当前位置由于道路网络的特定配置(例如，接近平行的道路、地图数据与估计位置之间的关连误差、不足的GNSS信号等)因此是错误的而停止工作模式的情况下，工作在图2和3中所述两种工作模式任意一种的个人导航设备10需要通过用户的手动干预获取当前位置，从而允许定位个人导航设备10。
[0094]实质上，当GNSS信号不可用或者不够时，为了获得其当前位置，个人导航设备10采用由用户输入的一组第一数据和来自非GNSS工具(105、110、127、170、180、190)的一组
第二数据。
[0095]把这种干预最小化并且只在特别需要的时候才执行是有利的和期望的。为了实现这个目标，非GNSS依赖的仪器和传感器工作在最高可能的准确度是适当的:这也允许最小化尤其是由惯性导航模块105引入的漂移误差，其中惯性导航模块105通过二重积分运算工作。
[0096]例如，高度计不是别的，而是通过测量大气压估计从海平面算起的海拔的气压计。由于天气变化，这种测量可能很快就变得不准确，而且高度计必须基于已知的当前海拔重新校准。
[0097]而且使用磁场方向的指南针也受类似需求的影响，虽然就时间而言不太严格。事实上，地磁极不与地理磁极相符，而且为此，对于地表的每个地点，有地图用于校正地理北极与磁北极的实际方向的角度偏移，称为磁偏角。不像地理极点，磁极移动(虽然很慢)，而且因此在几个月内地图就变得过时了。
[0098]甚至里程表或速度计都有可能随时间经历操作漂移，而且，如果个人导航设备10能进行校准并且如果所述仪器170提供这种可能性的话，则有必要重新校准这些辅助仪器170;作为一种备选方案，个人导航设备10可以对由这些辅助仪器170提供的定位数据应用校正因子或加数，这些因子或加数考虑了这种漂移并且允许获得更准确的数据，这对于获得精确定位是至关重要的。
[0099]图4说明了为实现这种结果而可以采取的措施。已知GNSS信号依赖于几种因素，诸如像检取的卫星信号的个数，可以更准确或更不准确；准确度可以从卫星信号接收模块100获得。因此，在已经利用GNSS工具计算出其位置和准确度之后(步骤400)，验证这种准确度是否超过某个预定的阈值(步骤405)。如果没有，则不执行校准并且过程结束。在肯定的情况下，通过获取由仪器测出的物理量的值并且通过将其与从卫星信号接收模块100获得的非常准确的值进行比较，在步骤410验证是否有必要校准具体的仪器。例如，如果从上次校准开始已经经过了某个时间间隔并且已经关于标准的可接受值确认了工作漂移并且要应用到仪器的校准数据不再有效，则它们被更新。这个步骤是通过读取由辅助仪器提供的辅助定位数据(磁北极的方向、瞬时速度、行进的空间、高度测量)并且通过将它们与可以从由卫星信号接收模块100提供的具有高准确度的数据获得的那些数据进行比较来执行的。在否定的情况下，不执行校准并且过程结束；在肯定的情况下，在步骤415校准允许它的所有仪器或者，或作为替代，计算要用于由辅助仪器提供的数据的校正性因子或加数。[0100]例如，在磁性指南针的情况下，个人导航设备10可以利用预定的空间分辨率(例如，几十或几百公里)在存储器中保留所使用的地理区域中存在的磁偏角的地图。如果，通过读磁性指南针，个人导航设备10检测到在某个区域中由存储器中所存储的对应地图所指示的磁偏角与通过卫星信号接收模块100测出的磁偏角相差预定的容限水平，则个人导航设备10可以利用通过模块100测出的那些值更新数据。
[0101]例如，这可以通过把磁偏角数据存储到可重写存储器中或者通过让磁偏角地图的每个区域都与可以随时间被个人导航设备10更新的校正性加数关联来进行，以便考虑地磁极的运动。
[0102]在图4的校准机制实施例的进一步的例子中，假定设备个人导航设备10放在车辆中并且与车辆的速度计关联，其中速度计用于在没有GNSS信号的情况下计算当前位置。
[0103]已知车辆速度计具有有限的精度并且趋于检测到比实际值高的瞬时速度。当个人导航设备10通过GNSS定位模块100以高于预定阈值的高准确性成功计算出其自己的位置时，它还可以基于运动的测量，即，以已知的时间距离在相继的时刻获得的当前位置的变化，以相同的高准确度计算其自己的瞬时速度。
[0104]因此，在这种特别有利的工作条件下，个人导航设备10可以获取由辅助定位仪器(速度计)给出的速度并且比较所获取到的值与通过从由GNSS定位模块100给出的当前位置开始所获得的速度。如果这种比较是第一次进行，则设备可以计算由速度计提供的速度读数的误差(绝对的或者相对的)并且为某个速度值或者速度间隔把它存储到包括速度计校正值的校准存储器中。
[0105]当个人导航设备10必然要使用速度计来计算其自己的位置时，在类型GNSS缺失或信号接收不足时，它使用速度计校准值来校正在这种工作模式中获取到的值，从而能够比没有这种校正值的话更准确地计算其自己的当前位置。
[0106]相反，如果个人导航设备10已经存储了速度计校准值，则在比较速度计指示的速度与从GNSS定位模块100间接获得的速度之后，它验证之前计算并存储的校准值是仍然有效还是由于例如速度计老化或者其变化的工作条件(温度、压力、湿度、操纵、发送误差等)而必须更新。
[0107]图2和3的操作图仅仅是示例性的。实际上，两个模块100、105总是并且在任何情况下都可以在任何可能的时候同时计算当前位置，然后通过考虑所涉及的所有变量选择在给定时刻被认为更可靠的一个。换句话说，图2和3可以包括通过惯性导航模块105计算当前位置的步骤，然后是比较它与通过卫星信号接收模块100计算出的相同位置的步骤及选择最好的一个的步骤。在这种情况下，手动输入当前位置的可能性将只有在这样获得的定位不提供令人满意的结果或者用户决定停止并行的定位过程并手动输入它的时候才激活。
[0108]激活交互式手动当前位置输入过程(图2的步骤232或者图3的步骤332)的一种可能的途径在图6中示出。
[0109]通过在可能的选项中选择，用户被询问他/她想如何输入当前位置。通常，用户不知道鉴于地理坐标(纬度和经度)或者与其数学关联的数据他/她的位置，而且因此这种手动的当前位置输入选项优选地不提供，因为它完全是没有用的或者甚至是起反作用的，因为它将在用户中造成混淆和困惑。[0110]一般来说，当用户开启设备10时他/她所处的地点是已知的而且可以是Pol (兴趣点)，即，有用户特别感兴趣的东西的地点，诸如服务站、机场、纪念碑或者其它旅游景点、停车场、露营地、饭店、宾馆等。
[0111]这些Pol的位置、名字和其它特征元素(电话号码、描述等)存储在个人导航设备10的存储器125中所包含的地图127上而且可以被用户搜索、召回并且有时候还可以添加和/或修改。
[0112]因而，为用户提供了选择Pol作为当前位置的可能性(选项610)。在用户选择这种输入模式的情况下，个人导航设备10优选地为他/她提供以智能的方式选择当前位置Pol的可能性，例如，通过从最近的一个到最远的一个给出最后选择的Pol，同时任何情况下都给出根据类型、位置及被认为更适合的其它标准选择任何Pol的可能性。
[0113]但是，用户开启个人导航设备10的地点常常是通过卫星信号接收模块100和/或惯性导航模块105在可能附加110或辅助170、180、190传感器或仪器的帮助下，即借助GNSS定位工具的全集，而计算出和知道的最后位置。
[0114]因此，这个位置可以作为当前位置输入模式的第二选项(选项620)呈现。通常个人导航设备10以非易失的方式存储最后知道的位置，使得即使个人导航设备10关闭并且然后再开启它也留在存储器中。由于个人导航设备10通常是在到达旅途目的地时关闭的并且留在那个地点，因此这常常也是其再次开启时所处的地点，而且，接收允许定位个人导航设备10的有效卫星信号可能因为需要进行卫星固定或者因为GNSS卫星的障碍情形而是耗时的或者甚至不可能的。
[0115]输入当前位置的另一种有利途径包括由个人导航设备10存储的最近目的地中的一个(步骤630)。一般来说，事实上，个人导航设备10自动地保存目的地地点，诸如像Pol、街道地址等，这些是在个人导航设备10的工作寿命期间选择的。由于有可能已经输入的某个目的地就是新旅程的起点，因此给予用户通过从已经输入并且自动保存的目的地列表中选择它来快速选择的可能性，其中保存优选地是以字母次序或者按颠倒的输入时间次序，即，从最新到最旧。
[0116]当然，有可能用户知道个人导航设备10当前所在地点的位置是关于街道地址或十字路口，因为他/她可以直接从现场指示(指示地点和/或街道名字的路牌、建筑物上的门牌号码等)和/或从以别的方式从第三方(例如，由其他人传送的)获取的信息获取这种信息。因而，给予用户以这种形式(虚拟键640)输入当前位置的可能性；因此，他/她被请求输入对识别街道地址或十字路口所必需的数据，诸如国家、城镇、街道名称、街区名称、门牌号码等。有利地，个人导航设备10的微处理器120将自动地把这种街道地址或十字路口存储在存储器125中最近的目的地和/或Pol中，使得它可以容易地被召回，供将来使用。
[0117]由于根据本发明的方法，当他/她还舒服地呆在有可能不能接收到卫星信号的家里或者封闭的建筑物中时，用户就可以事先输入用于一个旅程的已知起始位置，把所述位置存储为期望的起始位置用于下次激活，并且然后关闭个人导航设备10。
[0118]以这种方式，当个人导航设备10再次开启时，一般是在停车场或在需要一些时间获取卫星信号的地点，它将能够使用之前由用户编程并且用户知道的起始位置来通过惯性导航模块105和其它非GNSS依赖的辅助工具170计算当前位置，直到GNSS信号再次变得可用。在图6所示手动输入模式的列表中，也可以添加之前由用户输入并存储或者预先编程的这种位置。这消除了当由于缺失GNSS卫星信号而没有导航指令可用时烦人的初始时间空间:用户不再被迫为了进入由GNSS卫星覆盖的区域而等待和/或走到室外。
[0119]相同的过程可应用到个人导航设备10上可选择的任何其它地理点或地点，诸如像旅程到达地点。因此，可以设想提供对应的第五种当前位置输入模式，称为预先编程点模式，这对应于图6的虚拟键645。这种当前位置选择模式的优点是它可以立即被用户召回并且不需要用户执行长的交互过程来从列表或地图选择位置，也不需要输入任何地址或十字路口。
[0120]在以到目前为止所述的五种当前位置输入模式(Pol、最后的已知位置、最近的目的地、地址/十字路口、预先编程点)任意一种输入当前位置的步骤结束时，个人导航设备10都可以在显示器115上向用户显示刚在地图上输入的当前位置，优选地是以预定的缩放水平和以某个比例尺在所述位置居中，这可以依赖于例如所述位置(街道、Pol、十字路口)附近的物体的密度和/或还依赖于可以由用户预先设定的值，同时调整个人导航设备10的工作模式。
[0121]这种在显示器115上显示的地图屏幕的一个例子在图8中说明。显示器115的这个屏幕有可能之前有一个解释其中可用的调整和命令的消息，如图7中所示。作为替代，虚拟帮助键(未示出)可以添加到图8的屏幕，当按下该键时，显示如图7中所示的帮助屏幕；这个帮助屏幕还可以在经过预定时间而没有在显示器115上选择任何命令之后自动显示。
[0122]不管用户关于当前位置输入方法做出什么选择，在某个时间点，显示器115都可以显示以由用户手动输入的当前位置为中心的地图区域，既为了接收所输入位置的正确性的确认，也为了对所述正确性进行任何校正或验证，从而有可能的话增加所输入位置的准确度。一旦用户已经确认了所输入的位置，它就可以作为个人导航设备10的当前位置被使用，个人导航设备10将基于可用的非GNSS定位工具(惯性导航模块105、附加单元110和辅助工具170、180、190)使用这个位置来计算下一个位置。
[0123]图8的屏幕提供了通过虚拟调整条820改变所显示地图的缩放水平的可能性，及通过十字键(cross keypad)移动所显示的地图区域的可能性。优选地，最初显示的地图区域以选定的位置为中心。例如，由用户以不管何种方式输入的当前位置在地图上通过位于所输入位置的点P来指示；用户可以确认其精确度或者，例如，通过在正确的地点触摸地图并且通过按下虚拟键831确认该位置来重新定义该位置，如在图7的帮助屏幕700中所描述的。
[0124]可以按任何方式帮助用户验证所输入位置的正确性和准确度。如果个人导航设备10在其存储器中具有关于地图127中当前框定的或者以任何方式位于离要确认的所输入当前位置比预定值短的距离处的对象或实体的信息，则它可以在显示器115上显示这种信息。例如，如果建筑物840的图像在存储器中存在，则这种图像或者自动地或者在用户请求时在显示器115上显示。个人导航设备10可用的所有信息都可以为所显示的地图区域顺序地或者同时显示，诸如街道号、街区和街道名称、具有关联信息的Pol、具有时间指示的最后知道的位置、具有时间指示的最后知道的目的地、对象或地点的照片、图像和视频，等等。
[0125]为了避免显示可能难以看到的太多辅助指示，这些指示可以应用户输入的选择性命令而按组显示。所有在地图显示中被框定并且个人导航设备10对其具有辅助信息的对象(建筑物、纪念碑和其它地理地点)都可以用任何图形方式标记，使得用户随后可以通过在期望的对象上触摸屏幕来选择要在显示器115上显示的感兴趣的那些对象。
[0126]在存在取自不同已知位置的所述对象的图像的情况下，如果有可能还在地图上显示那个位置，则可以给从最靠近当前位置的位置拍摄的图像以优先权，从而给用户一些参考点，基于这些点，他/她可以关于那个拍摄位置确立个人导航设备10的当前位置。可交互式探索的图像也是可用的，这些图像是利用能够捕捉几乎从给定地理位置可以观察到的整个三维视场的专门拍摄装置捕捉的。
[0127]例如，称为Google街景(下文中简单地称为GSV)的系统已经在互联网上可用，它允许利用专门车辆捕捉的地理环境的交互式在线探索。
[0128]个人导航设备10可以访问GSV系统并且向其发送关于当前选定位置的数据，检索围绕那个位置的地图区域中任何可探索的图像，在显示器115的屏幕上显示它们，并且允许用户“探索”假想的当前位置周围的区域，从而允许他/她验证其正确性和准确度并且如果必要的话相对容易地校正它。事实上，用户可以比较在显示器115的屏幕上显示的、由GSV系统提供的图像与他/她周围的实际图像，并且在三维环境中移动，直到他/她找到具有与从实际当前位置可以看到的相同场景的地理位置。
[0129]例如，如果个人导航设备10是便携式的，则用户可以移动到与可探索图像具有最大相似性的地理点并且随后把对应于从其捕捉到GSV图像的拍摄点的当前位置手动输入个人导航设备10。通过这种系统使得可用的图像一般是在几个月或者几年之前拍摄的，因此有些地标细节(建筑物、树)可能在其间已经发生了变化，但是在大多数情况下任何差别都不至于会妨碍用户从由GSV系统所提供的图像正确地识别实际地点。
[0130]优选地，个人导航设备10配备磁性指南针并且具有用于磁偏角校正的合适数据，使得即使在缺少任何有效卫星信号的情况下也知道基点的方向；而且，例如，当其被用户持在手中或者放在车上时，惯性导航模块105可以即时检测个人导航设备10的朝向。当用户在可探索图像的虚拟环境中移动时，个人导航设备10还可以在显示器115的屏幕上一个瞬间一个瞬间地指示所显示的可探索图像被拍摄的方向，因为它知道可探索图像的拍摄朝向，如由GSV系统即时提供的:这帮助用户确定他/她自己的朝向并且更容易地找出实际场景与屏幕上由GSV系统显示的场景的对应性。这种指示可以在显示器115的屏幕上所示出的地图上显示或者关于当显示由GSV系统提供的图像时设备10所取的实际朝向。
[0131]用户可以在这些可探索图像中交互地移动并且改变他/她的视场，或者通过在环境中通过线性平移“移动”或者通过在不同的方向(高-低和右-左)“查找”或者通过放大或缩小所显示的区域，所有这些都在预定义的方向和限制中。因此，可以使用与图8中所示虚拟记录条820并且与虚拟十字键830相似的触摸屏图形控制接口。
[0132]用户可以快速地从GSV显示切换到对应的地图显示(例如，存储在个人导航设备10中的地图)是有利的，从而显示可探索图像的拍摄位置和最后显示的图像的取景方向，因此用户可以立即定位对应于由刚观察到的可探索图像和拍摄所显示图像的方向组成的那个场景的地图位置。
[0133]作为例子，参考图8、9和10。假定在手动输入当前位置结束时，在到目前为止所述的任何一种模式中并且还在以下将描述的一种模式中，用户把由图8中点P指示的位置规定为当前位置。在这个点，由于个人导航设备10能访问GSV系统，因此它向所述系统发送所述假想当前位置的坐标，并且该系统通过发送从第二个点P’捕捉到的可探索图像来应答，其中P’是最靠近点P的点，可探索图像对这个点可用。
[0134]确保这只在第二个点P’离P的距离比预先设置值短的情况下发生是有利的；否贝U，就警告用户不存在离个人导航设备10的假想位置足够近的GSV图像。个人导航设备10接收第二个点P’的图像并且在显示器115的屏幕上连同关联的接口控件一起显示它们，通过所述接口控件，用户可以在各个方向并且利用不同的缩放水平探索GSV图像，如通过图10中的例子示意性地示出的。
[0135]在任何时刻，用户都可以从显示GSV图像切换成显示图9中所示的地图，或者反之亦然，分别是通过快速切换键1030 (图10)和960 (图9)。在地图上指示拍摄点P’，以及通过与中心在图9的第二个点P’的圆850相对的三角形的顶点，指示当前活动的GSV图像的拍摄方向。两条虚线860、870代表由图10中所示GSV图像覆盖的视角。通过直接在图9的地图显示上拖动它或者当显示GSV图像时通过使用具体的虚拟键(图10中未示出)，用户可以执行第二个点P’的位置的平移运动，当然只在图像可用的方向中。
[0136]假定个人导航设备10和用户实际是在靠近点P和第二个点P’的一个位置，因此用户可以看到建筑物840及图8和9的地图上所显示并且在该区域的GSV图像中可见的大多数周围建筑物。有可能在GSV图像中存在的树1020已经因为在图像捕捉之后死亡而在其间被砍掉了，或者这棵树已长大并且看起来与用户看到它的时候不同了。还有可能镇政府决定用更先进和功能化的路灯替换图10的路灯1010。但是，这些变化将肯定不会妨碍用户识别他/她所处的地点及相对容易和准确地识别他/她的当前位置。因此，通过比较当用户足够靠近个人导航设备10时用户可以从他/她的视点看到的实际场景与之前由GSV系统捕捉到并在同一设备10的显示器115上交互性示出的那些场景，用户可以通过在GSV环境中或者等效地在地图上移动而容易地找到他/她所处的位置，直到他/她实际能看到的与由GSV系统所示出的尽可能多地匹配。
[0137]当用户认为他/她已经找到他/她的位置之后，他/她把那个位置输入个人导航设备10中，例如，通过按下图9的虚拟键970或者通过经在对应于那个位置的点在地图上触摸屏幕115而输入假想的正确当前位置。
[0138]为了最小化发送GSV图像所需的频带占用，可以设想当建立连接并且向GSV系统请求图像时个人导航设备10发送关于显示器115分辨率的数据或者以任何方式关于图像期望分辨率的等效信息。因而，如果必要的话，则GSV系统可以缩放图像，以获得所请求的分辨率或者以任何方式适合个人导航设备10的屏幕115的分辨率，而不用发送不能向终端用户显示的无用的可见信息。
[0139]由GSV系统提供的图像可以本地存储到存储器125中，或者它们可以通过到个人导航设备10的无线电接口 180的WLAN (无线LAN)连接或者通过经利用无线电移动终端190的数据通信(直接地或者间接地，如以下将更具体解释的)所建立的数据连接从互联网下载。
[0140]因而，五种当前位置输入选项可以由第六种选项(图6的虚拟键650)来补充，包括以交互的方式在地图上直接输入位置，仍然利用个人导航设备10中可用的信息和功能的帮助。当用户在显示器115的屏幕上选择这个选项时，后者将根据各种模式显示存储在个人导航设备10的存储器125中的地图的区域。
[0141]作为第一步，所显示的初始地图区域可以是由用户或者由制造商预定义的区域，例如，由用户或者由制造商设置的洲、国家或者地理区域。如果个人导航设备10能够访问无线电移动电信网络接口，则它可以从所述网络获取无线电移动小区的覆盖区域，设备10在这个区域而且在地图上居中并且基于个人导航设备10连接到的无线电移动网络的基站的位置和覆盖来调节缩放水平。应当指出，这种信息可以直接地通过以任何方式结合到个人导航设备10中的无线电连接接口或者间接地通过无线电移动信号190来获取，其中该无线电连接接口可以与图1中未示出的专用网络接入SM卡关联，而个人导航设备10可以经无线或有线的任何类型的连接例如通过接口设备175 (蓝牙、USB等)来与无线电移动信号190通信。
[0142]一旦地图已经基于任何选定的标准(诸如以上所述的标准之一)在初始配置中示出，就可以给予用户直接在地图上交互式输入当前位置的可能性，例如，通过用手指或任何其它尖头物体来触摸屏幕115上所显示的地理地图上的对应点。用户可能之前已经以已关于与地图显示的用户交互而参考图8描述的类似方式选择了要在地图上显示的地表区域和相关联的缩放水平。当所显示的地图还包括对应于当前位置的点并且用户触摸那个点时，个人导航设备10将获取那个当前位置并且从那个时刻向前使用它来计算接下来的时刻它自己的位置。
[0143]为了避免连接到GSV系统的服务器的需求，可以设想每次当互联网可以访问而且所述服务器可以到达时，个人导航设备10就在正常操作期间或备用模式中“在后台”自动地获取以下区域周围的可探索图像:所输入的最后目的地、关闭设备前已知的最后位置、用户选定的最后Pol周围的区域，以及一般的可以用于手动输入当前位置的任何区域或地区。此外，可以假定如果由于太昂贵而使速率计划(rate plan)不顺利的话(例如，基于时间或流量)用户就可以停用可探索图像的这种自动下载。此外，用户可以被允许明确地指示他/她想让GSV系统的图像对其可用的地理区域或地区。为了避免过多的存储器占用，可以设想最旧的数据自动地被最新的数据代替和/或用户可以被允许决定哪些可探索图像应当保留或删除。
[0144]GSV系统可能由于以下原因而不可用:个人导航设备10不能访问连接网络及其服务器、本地存储器125不包含必要的数据或者系统不包含包括用户手动输入的假想当前位置的区域的可探索图像。在这种情况下，或者无论如何都不管GSV图像的可用性，个人导航设备10可以配备检测单元(图1中未示出)，该检测单元允许用户通过探索在地图上显示的和由用户在周围区域中找到的一个或多个参考点执行现场调查。由于参考点具有个人导航设备10已知的位置，因此后者可以相当高准确地获得其自己的当前位置，而不需要用户输入他/她所在的地点的地理坐标，这种地理坐标通常是他/她不知道的。所述检测单元可选地使用用于生成(发射器二极管)和接收(接收器二极管)激光束或另一种强方向性电磁辐射的设备，这允许检测个人导航设备10离其位置已知的一个地理对象的距离，因此它可以相对于该地理对象计算其自己的位置。
[0145]这些定点设备是已知的而且在各种【技术领域】中大量地用于测量距离，例如，由建筑师和土木工程师用来检测建筑或地质环境的测距计。一般来说，它们测量由发生器二极管发射的激光脉冲串的飞行时间，该激光脉冲被对象反射，其距离必须被测量，直到它们被设备中内置的接收器二极管接收。
[0146]它们对本发明目的的使用所基于的原理在图16和17中示意性地示出。[0147]假定个人导航设备10位于地图上一个未知的点P，而且用户可以定位地理对象840，这可以是一个建筑物，就像在这里所示出的例子中，或者是地图127上示出的纪念碑、街区、Pol或者任何实体，其位置是个人导航设备10已知的而且可以被用户在实际的场景中识别出来。如果由于地理对象840的非空维度造成的误差k充分小于把P与其位置已知的重心Q分开的距离d，而且地表可以看成是平面，则通过知道距离d和由线段PQ与任何已知方向例如穿过点P的天文子午线的北-南方向所形成的角度α，则可以利用已知的三角函数公式来分别计算出代表点Ρ和重心Q在经度和纬度上的坐标差的线段a和b的长度(见图17)。
[0148]因此，如果个人导航设备10配备了允许用户定位地理对象840并且因此自动地定位存储在个人导航设备10中的它的位置及自主地测量距离d和角度α的装置，其中所述位置对应于重心Q的坐标，则它可以自动地计算未知的位置Ρ，而不需要用户直接输入关于点的地理坐标或者关于距离或角度的任何数字值。
[0149]这种方便的输入过程可以如下执行。首先，如果他/她期望，则给予用户使用可选的定点系统的可能性；这通常在用户已经在与个人导航设备10关联的激光定点设备可到达的距离可见地定位并识别出地理实体时发生。图11示出了提示使用这种定点设备的一种可能的屏幕截图。这种选项可以例如在手动输入过程结束时给出，或者在用户识别出他/她想用作向个人导航设备10手动输入当前位置的参考的对象的任何时候请求它。
[0150]在这个时候，个人导航设备10请求用户提供该参考对象的标识符:这可以是例如存储在个人导航设备10的存储器125中的Pol (纪念碑或者著名地点)或者利用路人的帮助或者通过看用户和他/她的个人导航设备10所在区域中所存在的指示和路标定位的地址或十字路口。点P还可以包括地图上所示的任何实体，即使它不能被识别为兴趣点，而且可以被用户例如通过在对应于所识别出的地理对象的地点触摸屏幕115来选择。例如，它可以是街区、十字路口、建筑物、门牌号码等。根据触摸位置，知道这个时刻所显示的地图，及其缩放水平以及因此还有活动的显示比例尺，个人导航设备10可以导出对应于触摸的接触点的地理位置。
[0151]一旦参考地理对象840已经选定，个人导航设备10就提示用户把激光定点设备指向那个对象，例如，通过在显示器115的屏幕上显示适当的信息。定点设备1100可以有利地结合到显示器115本身当中，如作为例子在图11和12中为用于行人或脚踏车(cycling)(自行车或摩托车)使用或为便携式使用所示出的；在与车辆关联的个人导航设备10的情况下，它可以结合到汽车中并且通过有线或无线连接与个人导航设备10关联。在这第二种情况下，命令和数据可以在两个设备之间的现有连接上传播(travel)，而且用户必须注意将他/她自身置于沿着将射束发射点连接到所指向的地理对象840的路线上，从而不影响角度α的测量。此外，用户必须尽可能接近PND位置地放置他/她自己，从而避免把误差引入位于点Ρ的设备PND与位于点Q的参考对象之间的距离PQ的计算。为了避开这两个需求，PND有可能配备这样的装置，该装置适于测量由连接PND和具有预定已知位置(例如，地理地北极的方向)的可拆除激光指向器的连接线所形成的角度，并且适于通过测量为所关联无线连接交换的电磁射线的方向和飞行时间来测量分开它们的距离。定点设备1100可以固定到车辆的一个部分，而且射束定点方向可以由个人导航设备10的控制单元远程控制。所生成的激光束是裸眼可见的，因此用户可以看到射束指向哪里而且把它朝地理对象840指向，离该地理对象840的距离必须被测量。
[0152]例如，假定通过图11中所示的屏幕提示用户用定点设备1100指向。用户通过按下虚拟键“Yes”(是)1110来确认他/她想这么做，然后将定点设备1100指向参考对象840，并且最后按下图12的虚拟键“Start”(开始)1120。作为离点P的距离Q被成功读出的确认，个人导航设备10可以在屏幕115上显示该对象的名称或者所检测的距离的值。如果他/她认为这个值是似乎合理的，用户就可以确认，或者重复这种检测，直到获得可信任的距离值。
[0153]在这个时候，用户可以输入相对于预定义方向的角度α的大小。为了简化，可以选择穿过个人导航设备10的天文子午线中的一条作为参考方向:如果个人导航设备10结合了磁性指南针，例如利用微电子技术的集成的数字指南针，则还由于可更新的磁偏角校正系统，这个方向被非常精确地知道，这里已经描述过了。为了用户舒服，个人导航设备10的显示器115可以显示指示北极方向的虚拟磁象限:提示用户在对应于地理对象840所处的点S的方向的点在虚拟象限上触摸屏幕115，该虚拟象限包括圆冠1300，如图13中所示，为了简化，假设天文子午线的方向与页面的垂直轴相符。如果用户通过手指或者优选地通过铅笔或其它尖头物体1310在点S’触摸圆冠1300，则角度α的大小被自动测量而且个人导航设备10可以随后通过知道点Q和角度α的大小来计算点Ρ的坐标并由此计算其位置。
[0154]参考图14，个人导航设备10可以在显示器115上显示宣布下一地图呈现的消息，该地图呈现根据在利用定点设备1100所执行的检测过程中测出的距离d以预定的缩放水平指示点P和s的位置及周围区域。在该呈现中(图15)，可以给予用户确认操作结果和终止它或者重复它的可能性。如果个人导航设备10包括指南针，则其可以指示当用户旋转个人导航设备10或显示器(如果后者与基座分离的话)时应当能够找到参考点S的方向，使得用户可以实时地检查其位置的正确性。此外，可以给予用户如下可能性:通过触摸对应于个人导航设备10的当前位置的点而在地图显示上直接指示点P的位置来手动输入点P的位置，或者，取消该操作。
[0155]为了方便集成到显示器115中的磁性指南针的操作，其中显示器115还是数据与命令输入单元，用于车辆使用的个人导航设备10可以配备能够从与之关联的车辆拆除的显示器，从而允许用户在合适的位置把它拿在他/她的手里，用于利用定点设备1100进行检测和用于测量地磁场。集成到车辆中的固定部分与包括显示和控制单元115的可拆除部分之间的通信可以通过以有线模式或优选地以无线模式(蓝牙、ZigBee、W1-Fi Direct,ad-hoc WLAN等)工作的连接总线发生，以确保使用起来最舒服。
[0156]在这个时候，如果任何GSV图像可用于地图上所显示的区域，根据特别是在个人导航设备10是便携式或可拆除设备的情况下非常有效的交互模式，个人导航设备10可以在屏幕115上显示与用户从点P实际上可见的视图对应的图像。
[0157]根据这种交互模式，个人导航设备10向GSV系统的服务器发送关于位置P的数据并且从磁性指南针获取用户在某个时候用结合了集成磁性指南针的个人导航设备10或显示器115指向的方向。GSV系统的服务器实时地发送对应于从设备10接收到的当前视点/指向方向值对的图像/视图，然后在屏幕上显示它。因而，用户可以验证他/她在某个方向看到的是否对应于通过指向同一方向而对那个位置可用的图像。如果由个人导航设备10显示的图像与实际看到的那些图像之间有强关连，则用户可以合理地确信他/她在手动输入的位置。如果没有，则基于GSV图像与“实际”视图之间所发现的差异，他/她可以通过从手动输入的位置开始得到对获得正确的当前位置有用的信息。
[0158]使用定点设备1100的当前位置输入过程还可以通过利用个人导航设备10和用户所处区域中的多个地理对象来执行，而不需要输入任何角度测量，对于一些用户来说，角度测量可能是不舒服或者不期望的任务。在这种情况下，通过使用已经参考在已知位置具有重心Q的地理对象840描述过的相同过程，但是不包括输入角度α的步骤，询问用户他/她是否除了第一个地理对象之外还可以识别他/她所处区域中的多个地理对象。
[0159]图18说明了位于个人导航设备10的用户视线内并且在定点设备1100可以到达的距离的两个地理对象840、840’的例子。作为通过从重心Q和R的已知位置开始计算当前位置Ρ的未知位置的基础的几何理论在图19中示出。通过知道重心Q和R的位置及通过定点设备1100获取到的它们离未知位置Ρ的距离d和e，有两种可能的解，称为P和P’，这两个解是从其中心在Q和R的两个圆的相交及各自的半径d和e得到的。在这个时候，个人导航设备10可以执行几种验证，作为替代或者附加地，以便确立两个结果产生的点中哪一个对应于个人导航设备10的当前位置。
[0160]个人导航设备10可以执行的第一种操作是关连两个位置P和Q与地图信息及所使用的设备10的类型(车辆、行人、便携式或者用于脚踏车应用)。例如，如果点P’位于一个建筑物内部而且个人导航设备10是车辆类型，则有可能位置P’是必须丢弃的位置。
[0161]第二种类型的操作是关连关于点P和Q的信息与来自辅助仪器，诸如高度计，的其它辅助定位数据及关于个人导航设备10所连接到的无线电移动小区的信息以及由个人导航设备10最近占用的任何位置。
[0162]作为第三种也是最后一种可能性，个人导航设备10可以询问用户哪个位置是正确位置，这有可能是通过如下方式进行:在显示器115的屏幕上显示关于点P和Q的可用信息，例如，在地图上显示它们的位置并且突出围绕这两个点的地理对象的所有参考，以给用户一些帮助他/她做选择的迹象。这种参考可以包括地名(toponyms)、街道名和编号、地名、Pol等，及甚至是它们和所涉及的点之间的距离。
[0163]由GSV系统提供和在个人导航设备10的当前朝向中从两个点P和Q获取的任何可用和可访问的图像都有可能被显示，从而提供参考图像，基于这些参考图像，用户可以做出正确的决定。
[0164]当然，该过程可以扩展成三点的情况:通过知道三个点的位置及它们离一个处于未知位置的点的距离，有可能通过半径是所述三个距离而中心是处于已知位置的三个点的三个圆的相交来计算所述未知位置。在这种情况下，解决方案需要更多参考地理对象被定位和输入，但是提供了关于未知位置P提供明确结果的优点。这种扩展可以容易地从已经提供的描述导出，而且因此将不进一步解释。
[0165]图20作为例子示意性地示出了根据本发明用于手动输入当前位置的方法的流程图，该方法的各个步骤已经具体描述过了。在步骤2000，当使其必要的预定条件出现时，过程开始。在步骤2010，请求用户规定用于手动输入个人导航设备10的当前位置的优选模式。在这个选择之后，设备10将以刚选定的模式获取所述位置(步骤2015)。当获取完成时，在步骤2020，个人导航设备10在显示器115的屏幕上显示包含对应于刚输入的当前位置的点的地图区域。
[0166]然后验证是否存在GSV系统或者其它等效地理数据库服务的任何可探索图像(步骤2025)。如果存在，则通知用户关于感兴趣区域的这种图像的可用性而且，如果用户同意，则启动GSV辅助的验证过程(步骤2030);如果用户不同意，或者如果GSV系统不可用，则执行步骤2035，其中个人导航设备10验证通过定点设备1100输入当前位置的可能性或必要性。这个过程只能在个人导航设备10配备这种设备而且如果，例如，之前的输入模式给出了用户认为不适当的结果的时候执行。如果步骤2035的验证结果是肯定的，则个人导航设备10执行通过定点设备1100手动输入当前位置的过程(步骤2040);否则，在否定的情况下，它直接进入下一步2045，其中系统请求对手动输入的位置的最终确认。如果给出确认，则过程将结束；否则，它将返回步骤2010。
[0167]当然，图20只示出了本发明一种可能的实施例。多种变体和备选实施例都是可能的。例如，如果它配备定点设备1100，则个人导航设备10可以在步骤2010就已经在可能的当前位置输入模式中显示了定点设备输入选项，如果用户已经视觉上定位了在地图127上所示的那些当中的任何地理对象，则这是适当的。
[0168]作为一种备选或者附加地，如果GSV系统可用，则有可能实现通过逐次逼近工作的迭代输入模式:在每次逼近的第一步，用户以任何可选择的模式手动地输入当前位置，然后访问并显示通过GSV系统所获取的针对刚输入的点的可探索图像，如果结果不令人满意的话，则手动输入过程将在下一个循环中以用户选定的模式重复。然后，结果产生的新点用作由GSV系统获取的可探索图像的新视点而且，如果用户对该结果满意的话，则过程将结束；否则，过程将继续，直到获得满意的结果或者用户取消了该过程。
[0169]本发明的手动输入过程可能对出于任何原因不想使用它或者不能使用它的有些用户来说难以执行。因此，可以设想激活它的可能性缺省地在出厂时设置成某个预定义的值，例如，其可能依赖于销售市场、个人导航设备10的类型(平板、智能电话、上网本、车辆导航器、行人导航器、脚踏车导航器)和依赖于个人导航设备10预期的用户类别而变化。还可以给予或者不给予用户改变所述出厂设置的可能性，例如，通过让个人导航设备10总是在开启的时候询问用户是否想激活或停用手动位置输入(“总是询问”选项)，是否他/她想让它总是处于活动状态，但是以后可以手动停用(“总是开启”选项)，或者是否他/她想停用它，但是以后可以手动激活(“总是关闭”选项)。
[0170]个人导航设备10可以配备到GSV系统的服务器的在线连接，例如，通过为它提供通过无线电接口 180和/或GPRS/UMTS/LTE无线电移动终端190访问Wi_Fi或WLAN网络的接口。以这种方式，在任何当前位置计算条件下，不管是通过卫星信号接收模块105还是非GNSS依赖的工具，个人导航设备10将总是有可能能够获取它所处并且其移向的区域的GSV系统的可探索图像。在这种情况下，可以设想用户能在任何时刻在显示当前位置的地图显示与在一个方向中对应于当前位置的GSV系统的可探索图像的可视化之间切换，该方向可以例如:
[0171]-缺省地，车辆或个人导航设备10的持有人移动的方向，如通过卫星信号接收模块100或通过惯性导航模块105检测到的；
[0172]-可以由用户通过使用显示器115屏幕上显示的虚拟箭头键随意修改，如已经参考图10描述过的。以这种方式，用户有可能在旅程中验证他/她所处的点周围的东西是否对应于由个人导航设备10指示的“应当”在该位置周围的东西。如果存在任何差异，则用户可以立即了解个人导航设备10是否工作正常。此外，如果实际的当前位置与个人导航设备10计算出的位置相符并且用作GSV图像的视点，则用户可以“旋转”他/她的视图，以便看到当他/她在移动的车辆中时不能或者几乎不能看到的方向，而不用停下来看或者做危险的身体运动。
[0173]在本发明的一种备选实施例中，如果个人导航设备10配备内置的照相机或者可以通过任何有线或无线连接接口获取静止或移动图像，则它可以从未知的当前位置获取一个或多个图像。然后，这组图像发送到GSV系统，GSV系统将扫描其自己的档案并且将通过视觉仿真算法搜索与接收到的那些具有高度关连的图像。为了减少搜索时间并增加成功概率，可以请用户提供关于他/她所处的区域的指示(例如，国家、地区或省、城镇、街道、地点)，这些他/她肯定知道。如果它能访问这种网络的话，则个人导航设备10可以基于对个人导航设备10所处的无线电移动小区的了解自动地尝试获取这种信息的至少一部分。如果搜索成功，则GSV系统将向个人导航设备10发送对应于拍摄图像的视点的更有可能的坐标。
[0174]在本发明的描述中，参考了称为Google街景的地理图像存储系统。这种参考纯粹是示例性的而且没有限定价值，因为，为了本发明，可以使用可远程访问并包含如下实际图像的任何档案，所述实际图像是可以由个人导航设备10的用户看到的场景的实际图像并且被比较以便相对于实际的当前位置来验证计算出的或用户定义的位置。
[0175]本发明的个人导航设备10可以通过适于实现其发明性概念的硬件与软件装置的合适组合以许多多样化的形式实现。因此，所述个人导航设备10可以实现为PC、平板、上网本、智能电话、导航器等。当设备10是便携式的并且通过合适的机械耦合装置或通过其它类型的装置与车辆关联时，它可以用于任何用途，从在车辆(汽车、摩托车或自行车)上安排旅程到徒步旅行，或者用于这两种应用。
[0176]本发明的特征及其优点从以上描述显而易见。
[0177]根据本发明的方法的第一个优点是当导航设备在长期闲置之后开启时它允许完全消除通过卫星信号的固定计算便携式导航设备位置所需的等待。
[0178]根据本发明的方法的第二个优点是它避免为了能够通过卫星信号计算其位置而把便携式导航设备带入开阔地点的必要性。
[0179]根据本发明的方法的另一个优点是它允许便携式导航设备以减小的漂移误差计算它自己的位置。
[0180]根据本发明的方法还有另一个优点是如果用户基于他/她的观察发现位置不正确时它允许“联机”校正便携式导航设备的位置。
[0181]在不背离发明性构思的新颖主旨的情况下，作为例子在此描述的用于确保个人导航设备服务的持续性的方法及关联设备可以接受许多可能的变化；而且很清楚，在本发明的实际实现中，所说明的细节可以具有不同的形状或者用其它技术上等效的元件代替。
[0182]因此，可以容易地理解，本发明不限于用于确保个人导航设备服务的持续性的方法及关联的设备，而是在不背离发明性构思的情况下可以接受许多修改、改进或者用等效部件和元件替换，如以下权利要求中清楚地指定的。
【权利要求】
1.一种用于在GNSS卫星信号接收不足的情况下确保便携式导航设备(10)的服务的持续性的方法，特征在于，用户通过数据输入装置(115)为便携式导航设备(10)提供关于设备(10)的当前位置的第一数据，而且，个人导航设备(10)使用用户输入的所述第一数据和来自与便携式导航设备(10)关联的定位工具(105、110、127、170、180、190)的第二数据并且不使用GNSS卫星信号，以便计算其自己的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中用户通过使用通过所述便携式导航设备(10)而使得可用的信息和命令以交互的方式向所述便携式导航设备(10)提供所述第一数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在设备(10)的当前位置不能导出或者只能以高于最大允许值的误差确定的情况下，所述设备(10)自动提示用户提供所述第一数据。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在比预定值长的时间间隔内设备(10)的当前位置不能导出或者只能以高于最大允许值的误差确定的情况下，所述设备自动提示用户提供所述第一数据。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述定位工具(105、110、127、170、180、190)包括使用所述第一数据作为初始位置来计算所述个人导航设备(10)的后续瞬时位置的惯性系统(105)。
6.如前面权利要求中的一项或多项所述的方法，其中所述第一数据包括以下项中的至少一项:作为先前存储在设备(10)的存储器(125)中的路线的起点或目的地点的地点的地址；存储在设备(10)的存储器(125)中的兴趣点；由设备(10)通过GNSS卫星信号最近获得的位置；存储在设备(10)的存储器(125)中并且之前被用户选择的地理点；用户基于存储在设备(10)的存储器(125)中的地图(127)能交互式选择的地理地点或地址；-能够在设备(10)的显示器(115)上显示并且能由用户选择的地图上的点。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的方法，其中，当所述第一数据要被提供给设备(10)时，设备(10)以能交互式选择的方式向用户给出存储在存储器(125)中的、能够在显示器(115)的屏幕上以图形显示的信息，所述信息关于以下项中的至少一项:-设备(10)已知的最后位置；-设备(10)到达的最后目的地中的至少一个；-用户的兴趣点；-之前由用户输入的目的地中的至少一个；-之前由用户选择要随后直接召回的地理点；-天文子午线在当前位置的方向；-存储在设备中并且在显示器(115)的屏幕上显示的地图的区域，用于通过触摸屏显示器(115)选择包括在所述区域中的地理点。
8.如前面权利要求中一项或多项所述的方法，其中所述第二数据包括以下项中的至少一项:-地磁场在当前位置的方向；-当前位置从海平面算起的海拔；-设备(10)的或者以相同速度移动的车辆的瞬时速度的方向和强度；-设备(10)或者与设备(10)穿行相同空间的车辆所穿行的空间。
9.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，如果当前位置和/或与由GNSS定位模块(100)对所述位置的计算关联的其它物理量中的至少一个的准确度大于预定的阈值，则所述定位工具(105、110、127、170、180、190)中的至少一个获取由它测出的或者与其关联的物理量的值，而且，在所述获取到的值与通过使用通过所述GNSS定位模块(100)计算出的当前位置获得的值之间存在大于预定容限水平的差异的情况下，基于所述差异或所述当前位置和/或所述至少一个其它物理量，计算并存储校准或校正值，该值将应用到由所述定位工具(105、110、127、170、180、190)中的所述至少一个进行的后续测量。
10.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中所述设备能够远程访问用于存储从已知位置拍摄的可探索地理图像的系统，而且其中，依据用户的命令，设备(10)的显示器(115)显示由所述存储系统提供的、从离由所述第一数据定义的当前位置的距离比预先设定值短的位置拍摄的可探索图像。
11.如权利要求10所述的方法，其中检测设备(10)的空间朝向的方向，其中拍摄所述可探索图像的方向是已知的，而且其中，所述显示器(115)依赖于检测到的设备的空间朝向显示在不同方向拍摄的可探索图像。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中用户被允许从地图显示及可探索图像的显示切换，其中地图显示显示估计的当前位置周围的区域，可探索图像的拍摄位置相对于所述估计的当前位置位于比所述预先设定值短的距离。
13.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中所述第一数据包括通过朝地理对象(840)激活与所述个人导航设备(10)关联的定点设备(1100)获得的离所述地理对象(840)的至少一个距离。
14.如权利要求13所述的方法，其中用户向所述设备(10)输入关于定点方向的数据，使得，知道由所述定点方向和基于由所述定位工具(105、110、127、170、180、190)中的至少一个进行的测量提供的预定义方向形成的角度(α )并且根据其位置已知的所述地理对象(840)的距离(d)的测量，所述设备(10)计算其自己的当前位置。
15.一种便携式导航设备，包括用于实现如权利要求1至14中的一项或多项所述的方法。
【文档编号】G01S19/25GK103718062SQ201280037668
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年7月27日 优先权日:2011年7月28日
【发明者】S·塞利亚 申请人:西斯维尔科技有限公司