专利名称：具校准模组织惯性导向装置及方法
技术领域：
本发明系有关于一种定位装置之手持装置，特别是有关于一无需卫星定位系统之具校准模组织惯性导向装置及方法。
背景技术：
随着信息以及计算机市场不断的扩充下，电子产品在轻薄短小、多功能速度快之趋势的推动下快速成长。基于高科技时代的来临，通讯系统也伴随整合科技的开发也不断提供用户更便利取得信息之方式。因此，通讯科技也一跃变为新的宠儿，通讯装置中附属之商业也因联系需求与资讯取得之便利而蓬勃发展。不论是因特网、行动通讯设备、个人数字助理已经充斥于整个生活之空间，而网络与通讯业者也推陈出新提供商业服务协助客户将其数据传送或是取得以扩大市场以及服务之范围。在电子组件方面则朝向多元多功能发展，如轻薄短小、多功能速度快之趋势，而通讯服务业者或信息提供服务者亦必须提供多 元、全方位以及最新之信息给客户。而目前较为使用之手持式通讯装置包含移动电话、股票机以及个人数字助理系统(或个人用电子记事簿装置)。卫星定位系统已日渐普及于一般人之生活中成为不可或缺之电子产品。而上述电子装置一般系属于封闭系统，其采用内建之电子地图，而实际情形可能经常变动，而使数月或数年后，电子地图不符实际状态。且该装置只具有部分电子地图，若携带至不同区域或国度可能无法使用，是以其功能受限制。此外，卫星定位系统无法于地下室使用，且手机必须发射讯号与卫星取得联系，因此，手机必须配置卫星定为芯片，若两者之一无讯号，则无法定位，且增加卫星芯片与发射模块之成本与加大手机体积，而该发射模块亦将增加手机天线数量。此外，惯性导航之误差会随着时间累积，故需要校准机制。
发明内容
一种惯性导航装置包含处理单元；惯性导向模块，配置于该惯性导航装置内，用以提供地理位置信息，其中该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器、加速度传感器或以上任意组合；电子地图模块，可耦合于该处理单元，系储存于该惯性导航装置或储存于一远程终端设备中，用以显示地图；显示单元，电性耦合到该处理单元，用于显示；以及校准模块，耦合于该惯性导向模块用以校准该惯性导向模块，该校准模块包含卫星定位系统，于校准或初始化坐标时须启动。其中惯性导航装置包含短距通讯模块包含WiFi、WiMax ;远距通讯模块包含2G、3G、3. 5G或4G，电性耦合于该处理单元。其中更包含影像撷取模块，电性耦合到该处理单元以利于撷取数字影像。一种地磁导航装置，包含处理单元；电子罗盘，配置于该惯性导航装置内，用以提供地磁信息；电子地图模块，可耦合于该处理单元，系储存于该地磁导航装置或储存于一远程终端设备中，配合该电子罗盘用以显示地理信息；显示单元，电性耦合到该处理单元，用于显示该地理信息；以及校准模块，耦合于该电子罗盘用以校准该电子罗盘，该校准模块包含卫星定位系统或惯性导向模块。其中地磁导航装置包含短距通讯模块包含WiFi、WiMax ;远距通讯模块包含2G、3G、3. 5G或4G，电性耦合于该处理单元。其中更包含影像撷取模块，电性耦合到该处理单元以利于撷取数字影像。—种具惯性导向模块之警示装置，包含处理单元；惯性导向模块，耦合该处理单元配置于该警示装置内，用以发出警示讯号，其中该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器或、加速度传感器或以上之任意组合；及传输模块，耦合该惯性导向模块用以将该惯性导向模块所发之警示讯号或地理信息传输。其中更包含卫星定位系统。一种惯性导航方法，包含提供一惯性导向模块于一装置中以提供地理信息，其中该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器、加速度传感器或以上任意组合；提供电子地图模块配合该惯性导向模块用以显示地理信息，其中该电子地图模块系储存于该装置或储存于一远程终端设备中；提供一校准模块，耦合于该惯性导向模块用以校准该惯性导向模块，该校准模块包含卫星定位系统，于校准或初始化坐标时须启动。惯性导航方法其步骤更包含以电子罗盘辅助定位。其步骤更包含以高度计辅助判断高度。
一种地磁导航方法，包含提供一电子罗盘于一装置中以提供地磁信息；提供电子地图模块配合该电子罗盘用以显示地理信息，其中该电子地图模块系储存于该装置或储存于一远程终端设备中；及提供一校准模块，耦合于该电子罗盘用以校准该电子罗盘，该校准模块包含卫星定位系统或惯性导向模块。其步骤更包含以高度计辅助判断高度。
图I系显示本发明功能方块示意图。图2系显示本发明功能方块示意图。图3系显示本发明功能方块示意图。图4系显示本发明功能方块示意图。
图5及图6系显示本发明功能方块示意图 图7系显示本发明功能方块示意中10卫星定位导航装置；100处理单元；105惯性导向模块；145操作系统；150输入单元；155 内存；152影像捕获设备；156 闪存；160内建显示单元；190语音输出/输入设备；200因特网链接模块；200A无线局域网络传输模块；200B无线都会网络传输模块；
200C 3G无线射频传输模块；202数据交换界面；300网络电话模块；310电子地图模块或应用软件；320地理信息产生模块；105a 陀螺仪；105b 加速器；500校准模块； 510电子罗盘；520 高度计；第一陀螺仪700a ；第二陀螺仪700b ；第三陀螺仪700c ；第一加速器710a ； 第二加速器710b。
具体实施例方式为使本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，本文举较佳实施例，并配合所附图式作详细说明如下，然下述各实施例只做一说明非用以限定本发明。参阅图I为本发明之功能方块示意图。本发明揭露一种无须卫星定位导航系统，而可以定位之手机或数字影像捕获设备，并可利于车用导航。基于导航时无需联系卫星定位系统，故无需发射讯号与卫星沟通，可节省电力，且无卫星讯号时或在地下室亦可以使用。此装置可以包含无线通信模块以利于与外部进行数据交换，可适用于双向影音传输之协议或无线局域网络协议或无线都会网络协议。经由双向通讯模块所接收由服务提供商所提供之讯息，经过译码装置译码以转换成可辨识之讯号。上述之系统包含微处理器或中央处理单元以及一用户接口与微处理器耦合以利于指令之输入，其输入之方式可以为利用触控或声控语音输入。基于此装置需要大面积显示地图，故尽量省却实体按键，以触控式或声控较佳，被接收之信息可藉由显示设备显示，显示设备通常是液晶显示器(Liquid CrystalDisplay, IXD)、光调变显不器、有机发光显不器或场放射显不器或平面显不设备。图I所示为手持装置10之功能方块图，包含处理单元100，惯性导向模块105耦合于该处理器100，例如，该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器或加速度传感器。其可以为微型机械惯性导向、光纤惯性导向或是MEMS惯性导向。因此导航时可以无须利用卫星所提供之定位讯号载波，故于地下室、郊区或隧道无法接收卫星载波1575. 42MHz时，仍可定位。惯性导向模块105可包含地理信息解读器或查询表，用以解读惯性导向之地理信息，并将此地理信息解转换成可显示数据已显示于显示器。本发明之系统包含处理单元100，用以控制讯号以及数据之处理及输出入讯号之处理。一输入单元150、内建显示单元160、操作系统145、影像撷取单元152、电源140，可为电池或是车用充电电源。举例而言，操作系统145可以为任意手机操作系统。电子地图模块或应用软件310储存于本装置内存、硬盘或远程内存、硬盘中，透过操作系统开启执行应用。透过惯性导向模块105解析地理信息，如经度、纬度后，配合电子地图模块或应用软件310可标示手持装置所在位置。因特网链接模块200耦合至该处理器100，其可以包含无线局域网络传输模块200A、无线都会网络传输模块200B或3G (或以上如3. 5G、4G)无线射频传输模块200C，电性耦合(couple)到上述之处理单元100。上述模块得为单独或附合配置。利用上述之因特网链接模块200可于定点或行进中连接因特网用以下载或更新数据，例如电子地图。此外，亦可以利用此模块接收动态信息，例如气象信息、旅游信息以及动态交通信息。基于3G(或以上)无线射频传输模块200C得以传输影像信息，因此可以接收动态影像信息。是以本装置系属开放式架构。于车辆行进当中，得以连接因特网，随时接收所需信息。且于连接网络时，得以进入所需数据库或网站下载取得所需信息。如加油站信息、停车场、旅馆信息等等。无线局域网络传输模块200A包含Wi-Fi标准兼容模块或无线都会网络传输模块200B包含 WiMAX标准兼容模块，其可以行进中连接因特网。因此藉由此种高速之传输接口可将数据、电子邮件(E-mail)、MP3、图像文件案或文本文件传至系统。已商品化之处理器，可处理解碼MP3、MP4压缩文件案，具备H. 264codec engine即可处理所述档案，此为目前所采用之媒体播放芯片，其为商业化零组件。将其配置即可播放，处理芯片是由核心、媒体引擎、图形处理器以及虚拟行动引擎(VME)四大部分所构成。核心以MIPS的R4000的设计为基础，并具备浮点数处理器(FPU)以及向量浮点数处理器(VFPU)各一，可达成每秒2. 6GFlops以上的浮点数运算效能。本装置亦包含内存155耦合到上述之处理单元100，做为数据以及操作系统之储存。依照不同之属性，可包含只读存储器(ROM)、随机存取内存(RAM)、非挥发性闪存等。射频通讯模块可以处理述讯号之接收、基频之处理、数字讯号之处理等。一般，不更动之数据可储存于罩幕式只读存储器(MASK ROM)之中，系统操作软件或固定之应用程序一般可以储存于非挥发内存之中且执行其它之指令，可以在无电源状态下仍能保留其内部数据，有电源时可以重复读出或写入。语音讯号被送到输出入装置如喇叭/麦克风单元190，若具备语音输入输出装置时，本装置包含数字模拟转换器与译码装置自不待言。一有线数据交换接202，耦合到处理单元100。此数据交换接口 202具有可连接到外部装置I/O之能力。此接口可以提供有线数据交换。上述之数据交换接202可为万用串行端口 USB或是火线接口或IEEE1394或HDMI。因此，本发明得处理MP3、MP4档案或电子邮件，可以采用包含解MPEG压缩模块或是软件。例如影像捕获设备152所拍摄之档案或手机下载之档案。本系统包含天线系统用以收发或传输讯号。基于得透过本装置无需使用GPS取得信息。上述之地理信息产生模块320可以整合于或是独立程序。可藉由上述之因特网连接模块200更新或植入操作系统、应用软件、电子地图或影音档案。本发明之装置可包含无线通信模块用以做为短距离或中距离双向数据传输。是以此处之短距离或都会无线传输模块是相对于远距离通讯模块。上述本发明之无线局域网络通讯模块200A兼容于且可以处理无线局域网络协议之数据传输。举例而言，无线局域网络通讯模块得为Wi-Fi无线传输标准之兼容模块、无线都会网络传述模块可为WiMAX(Worldwide Interoperability forMicrowave Access)无线传输标准之兼容模块。一网络电话模块300稱合到上述之处理单元100使得以透过无线传输模块200经由因特网无线同步传输或接收语音、影像讯号或两者。上述之网络电话模块300至少需符合Voice Over Internet Protocol (VOIP)标准。利用网络电话模块300以及无线网络通讯模块可以使得本发明之便携设备同步、无线、手持、可携传输或接收语音影像讯号以及可与远程导航人员双向及时通讯。影像撷取单元为需进行实时、同步、无线、手持、可携视讯状态所需装置。是故本发明可以选择采用行动、网络进行语音通讯，及/或影像通讯，且为可携无线状态下可移动进行。基于目前对于大众运输系统、保全车辆、运钞车、警备车之监控只采卫星定位。因此，于监控中心只能确定车辆位置，而不及其它信息。一种监控交通载具之方法，包含配置惯性导向模块105于该交通载具，以获取该交通载具之地理信息；配置影像撷取模块于该交通载具，用于撷取该交通载具内或外之影像；配置无线传输模块于该交通载具，以利无线传输该撷取之影像；于该交通载具执勤间，传送该地理信息以及该撷取之影像至监控单位。无线传输模块包含WiFi传输模块、WiMax传输模块、3G、3. 5G或4G传输模块。其中影像撷取模块包含数字摄影机或数字相机。另外，可设定震动之背景值，在陀螺仪之震动超过一设定值或持续震动或位移一特定距离时，启动警戒讯号，透过上述之传输模块传输警示讯号代表对象异常并传输位置与影像，如对象被偷窃、被非法碰撞、闯入等。上述对象可以为机动载具，包含交通载具(如 汽、机车、运输车辆)、飞行器(飞机、飞弹)等。因此本发明具备无线影像传输模块以及数字影像撷取模块，得以随时将执行任务之车辆动态情状，随时以影像传递至监控中心，俾以掌握状况，可以防止诸多意外状况。将影像捕获设备安置于适当之交通载具处所内，则得达到上述目的。图3系另一实施例，除包含各实施例全部或一部组件、模块或零组件外，更包含校准模块500，电性耦接该惯性导向模块105，该惯性导向模块105可以包含陀螺仪105a或加速器105b或两者的组合。惯性导向模块105可以包含一轴、两轴或三轴陀螺仪；加速器105b可以包含一轴、两轴或三轴加速器。基于惯性导向105或电子罗盘510之误差会随时间累积，故本发明植入校准模块500于设定时间校准惯性导向模块105或电子罗盘510 ;上述之电子罗盘510可透过地理磁场辨识方位辅助惯性导向模块105定位。惯性导向模块105的陀螺仪105a与加速器105b两者的组合可利于取得地理信息；而三轴加速器亦可以取得地理信息，如速度与方位。上述之校准模块500可以定时或不定时取得地理信息校准该惯性导向模块105修正偏差，或于开机或其它设定场合、时间初始化地理信息与位置，使得惯性导向模块105储存初始化地理信息作为参考坐标。本发明可以采用卫星定位系统作为校准模块500，于初始或位置或校准后关闭，节省电力，且可以在无卫星讯号时以惯性导航，且无需采用或减少使用卡曼滤波器，节省能源与成本。高度计520以利于辨识目前是位于平面道路或高架道路，以往卫星定位系统时常无法分辨上述两者而造成错误导航。若是透过高度计520则可以实时或依据前面驾驶历程之高度记忆信息，则可以辅助判定位置是位于平面道路或高架道路。另一实施例中，亦可以采用电子罗盘510定向，其系利用地磁感测定向，再辅以惯性导向模块105或是卫星定位系统做为校准模块。图4为另一实施例图,惯性导向模块105各包含第一、第二以及第三陀螺仪700a、700b,700c ；以及第一以及第二加速器710a、710b。第一以及第二加速器710a、710b所测得之值积分可得到两个方向之速度，再积分可以得到两个方向之位移量。因此可以得到移动之距离以及方向。再经过处理可以得到经度与纬度，若初始点已由校准模块500校正。此外亦可以采用完全由三个加速器所实施之惯性导航，藉由三个加速度所测得知三轴加速度，经过个别积分取得各方向之位移以及速度，可以加成得到总位移以及合成速度向量，若初始点已由校准模块500校正，再经过处理可以得到经度与纬度。
以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围，凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成之等效改变或修饰，均应包含在下述之申请专利范围内。
权利要求
1.一种惯性导航装置，其特征在于包含 处理单元； 惯性导向模块，配置于该惯性导航装置内，用以提供地理位置信息，其中该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器、加速度传感器或以上任意组合； 电子地图模块，可耦合于该处理单元，系储存于该惯性导航装置或储存于一远程终端设备中，用以显示地图； 显示单元，电性耦合到该处理单元，用于显示；以及 校准模块，耦合于该惯性导向模块用以校准该惯性导向模块，该校准模块包含卫星定位系统，于校准或初始化坐标时须启动。
2.根据权利要求第I项之惯性导航装置，其特征在于其中该惯性导航装置包含短距通讯模块包含WiFi、WiMax ;远距通讯模块包含2G、3G、3. 5G或4G，电性耦合于该处理单元。
3.根据权利要求第I项或第2项之惯性导航装置，其特征在于其中更包含影像撷取模块，电性耦合到该处理单元以利于撷取数字影像。
4.一种地磁导航装置，其特征在于包含 处理单元； 电子罗盘，配置于该惯性导航装置内，用以提供地磁信息； 电子地图模块，可耦合于该处理单元，系储存于该地磁导航装置或储存于一远程终端设备中，配合该电子罗盘用以显示地理信息； 显示单元，电性耦合到该处理单元，用于显示该地理信息；以及校准模块，耦合于该电子罗盘用以校准该电子罗盘，该校准模块包含卫星定位系统或惯性导向模块。
5.根据权利要求第4项之地磁导航装置，其特征在于其中该地磁导航装置包含短距通讯模块包含WiFi、WiMax ;远距通讯模块包含2G、3G、3. 5G或4G，电性耦合于该处理单元。
6.根据权利要求第4项或第5项之地磁导航装置，其特征在于其中更包含影像撷取模块，电性耦合到该处理单元以利于撷取数字影像。
7.一种具惯性导向模块之警示装置，其特征在于包含 处理单元； 惯性导向模块，耦合该处理单元配置于该警示装置内，用以发出警示讯号，其中该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器或、加速度传感器或以上之任意组合；及 传输模块，耦合该惯性导向模块用以将该惯性导向模块所发之警示讯号或地理信息传输。
8.根据权利要求第7项之警示装置，其特征在于其中更包含卫星定位系统。
9.一种惯性导航方法，其特征在于包含 提供一惯性导向模块于一装置中以提供地理信息，其中该惯性导向模块包含陀螺仪、重力传感器、加速度传感器或以上任意组合； 提供电子地图模块配合该惯性导向模块用以显示地理信息，其中该电子地图模块系储存于该装置或储存于一远程终端设备中；及提供一校准模块，耦合于该惯性导向模块用以校准该惯性导向模块，该校准模块包含卫星定位系统，于校准或初始化坐标时须启动。
10.根据权利要求第9项之惯性导航方法，其特征在于其步骤更包含以电子罗盘辅助定位。
11.根据权利要求第9项或第10项之惯性导航方法，其特征在于 其步骤更包含以高度计辅助判断高度。
12.—种地磁导航方法，包含 提供一电子罗盘于一装置中以提供地磁信息； 提供电子地图模块配合该电子罗盘用以显示地理信息，其中该电子地图模块系储存于该装置或储存于一远程终端设备中；及提供一校准模块，耦合于该电子罗盘用以校准该电子罗盘，该校准模块包含卫星定位系统或惯性导向模块。
13.根据权利要求第第12项之地磁导航方法，其特征在于其步骤更包含以高度计辅助判断高度。
全文摘要
一种手持通讯装置，包含处理单元；惯性导向模块，配置于该手持通讯装置内，用以提供地理位置信息；电子地图模块，可耦合于该处理单元，系储存于该手持通讯装置或储存于一远程终端设备中，用以显示地图；显示单元，电性耦合到该处理单元，用于显示；以及内存，耦合于该处理单元用以储存。
文档编号G01C25/00GK102778239SQ201210012119
公开日2012年11月14日 申请日期2012年1月16日 优先权日2011年4月29日
发明者梁詠淇, 江国庆 申请人:梁詠淇, 江国庆