一种移动终端室外定位装置和移动终端的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种移动终端室外定位装置和移动终端。其中，移动终端室外定位装置包括卫星信号接收与处理单元、卫星信号遮挡区域分布图单元和中心处理单元；所述卫星信号接收与处理单元、所述卫星信号遮挡区域分布图单元分别与所述中心处理单元连接；所述卫星信号接收与处理单元接收卫星信号；所述卫星信号遮挡区域分布图单元存储相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图；所述中心处理单元判断卫星信号是否被遮挡，若卫星信号被遮挡，与所述相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图进行匹配，获得所述移动终端的第一位置信息。本发明可以广泛应用于移动终端的室外定位领域。
【专利说明】 一种移动终端室外定位装置和移动终端
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种移动终端的定位装置，特别是需要借助卫星定位的移动终端的定位装置。
【背景技术】
[0002]卫星导航是目前应用最为广泛的导航定位方式，随着应用成本的降低，越来越多的卫星导航装置被集成在例如手机等移动终端上，为人们的出行带来了非常多的便利。
[0003]但是卫星导航定位装置存在的一个问题是:在接收卫星信号条件不好的情况下，该装置无法给出准确的位置信息。例如在室内等不易接收卫星信号的环境。即使在室外，也会由于建筑物的遮挡和反射，卫星导航信号信噪比减小，尤其是在建筑密集区域，很难利用卫星导航获得准确的位置信息。现在随着城市的发展，高大建筑越来越多，移动终端在室外利用卫星导航信号定位越来越困难。
【发明内容】
[0004]为了解决移动终端在室外能够利用有效利用卫星导航信号定位的问题，本发明提供了一种移动终端室外定位装置。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种移动终端室外定位装置，包括卫星信号接收与处理单元、卫星信号遮挡区域分布图单元和中心处理单元；所述卫星信号接收与处理单元、所述卫星信号遮挡区域分布图单元分别与所述中心处理单元连接；
[0007]所述卫星信号接收与处理单元接收卫星信号；
[0008]所述卫星信号遮挡区域分布图单元存储相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图；
[0009]所述中心处理单元判断卫星信号是否被遮挡，若卫星信号被遮挡，与所述相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图进行匹配，获得所述移动终端的第一位置信息。
[0010]所述卫星信号遮挡区域分布图单元接收相应卫星的星历，并与三维地图结合，获取所述卫星信号被遮挡区域分布图。
[0011]所述星历包括卫星播发的导航电文中的概略星历。
[0012]所述中心处理单元根据所述移动终端与无线通讯基站之间的无线信号强度获得所述移动终端的第二位置信息；并综合所述第一位置信息与所述第二位置信息得出所述移动终端的精确位置信息。
[0013]获得所述精确位置信息的方法包括:
[0014]设所述第一位置信息具有η个可选值，Pb为已知所述无线通讯基站位置信息，Ri =P1-Pb I，Pi为所述第一位置信息的第i个值，i = 1，2，...n, Rb = f (S)为所述第二位置信息，其中f (.)为无线信号强度和距离之间的关系函数，s为测得的无线信号强度；令ARi=I R1-Rb，取R = min ( Λ R1, Λ R2,...Λ Rn)，则R对应的Ri即为所述精确位置信息。
[0015]所述无线通讯基站包括WIFI无线通讯基站。
[0016]所述移动终端室外定位装置还包括地图单元，所述地图单元存储地图信息；所述中心处理单元根据所述地图信息获得所述移动终端的第三位置信息；并综合所述第一位置信息与所述第三位置信息得出所述移动终端的精确位置信息。。
[0017]判断所述卫星信号是否被遮挡的方法包括:将接收到的所述卫星信号的信噪比与阈值相比，小于阈值时，判断所述卫星信号被遮挡。
[0018]所述移动终端室外定位装置还包括与所述移动终端联网的服务器，所述卫星信号遮挡区域分布图单元设置于所述服务器上。
[0019]一种移动终端，设置有如前所述移动终端室外定位装置。
[0020]本发明的技术效果:
[0021]导航卫星(GPS、GL0NASS、北斗等)的运行轨迹在比较长的时间内是固定不变的，人们据此可以推算出在地面某一区域卫星的仰角和方位角，这些角度信息的变化规律当然也是在较长时间内固定不变的。结合现在三维地图(能够包括地面建筑的形状、尺寸信息的地图)，便可以得到任意时刻，建筑物遮挡导航卫星信号的区域分布图。本发明的技术方案，使得移动终端在判断处导航卫星信号被遮挡(无法接收有效导航卫星信号时)后，可以与相应时刻的遮挡导航卫星信号的区域分布图进行匹配，从而得到当前移动终端的位置信息。至此，本发明的技术方案巧妙解决了在导航卫星信号失效时对移动终端进行准确定位的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明第一个实施例的原理图。
[0023]图2为本发明第二个实施例的原理图。
[0024]图3为本发明移动终端室外定位装置一个工作流程图实例。
【具体实施方式】
[0025]对本发明涉及的一些术语进行说明。
[0026]三维地图是指还包括地面建筑高度、宽度等三维信息的地图。
[0027]星历是指卫星运行随时间而变的精确位置或轨迹表，它是时间的函数。概略星历是卫星发播的广播星历。
[0028]本发明所指的移动终端是指各种需要在室外借助导航卫星信号进行定位的各种移动设备，例如手机、车载定位仪等。
[0029]以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0030]图1显示了本发明移动终端室外定位装置的一个实例，包括卫星信号接收与处理单元、卫星信号遮挡区域分布图单元和中心处理单元。所述卫星信号接收与处理单元、所述卫星信号遮挡区域分布图单元分别与所述中心处理单元连接。
[0031]所述卫星信号接收与处理单元接收卫星信号。所述卫星信号遮挡区域分布图单元存储相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图。所述中心处理单元判断卫星信号是否被遮挡，若卫星信号被遮挡，与所述相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图进行匹配，获得所述移动终端的位置信息。
[0032]图2显示了本发明移动终端室外定位装置的另一个实例，其中与图1所示实例中同名的单元，其实质作用相同。图2所示实例与图1所示实例的区别在于卫星信号接收与处理单元和中心处理单元设置在移动终端上，卫星信号遮挡区域分布图单元设置在与所述移动终端能够无线通讯连接的服务器上。利用服务器的强大的处理能力，可以处理数据量更大的卫星信号遮挡区域分布图单元，而处理结果可以快速反馈给所述移动终端，同时相比于将卫星信号遮挡区域分布图单元设置在移动终端这一方案，减轻了移动终端的处理负担，提高了移动终端的处理效率。
[0033]以下，进一步结合图3，对图1、图2所示移动终端室外定位装置的工作原理与程序进行说明。
[0034]“接收卫星信号”
[0035]这一步骤是由所述卫星信号接收与处理单元完成。
[0036]“计算信噪比”和“计算卫星遮挡情况”。
[0037]卫星信号中包含有信号的信噪比(SNR)，该参数能够有效地表征卫星信号受到干扰或遮挡的程度。此项参数虽然会受到诸如电离层延迟、多路径效应等干扰的影响，但是其影响程度与信号受到遮挡产生的影响相比较小。因此，在建筑密集区域，当卫星信号的信噪比小于某个阈值时，认为该卫星已经受到建筑物遮挡，无法用于定位。此阈值可以预先在建筑密集区域进行观测得到。
[0038]所述中心处理单元将获得的卫星信号的信噪比与阈值进行计算比较，当信噪比小于阈值，判断卫星信号受到遮挡。
[0039]“与卫星信号被遮挡区域分布图匹配”。
[0040]根据卫星的星历可以得到卫星的轨道信息，通过卫星的轨道信息，能够获得不同时刻卫星在某区域的仰角和方位角。作为城市的基础地理信息数据，三维地图在大部分城市中已经得到了应用。在建筑密集区域，各个建筑物高度和方向信息能够从三维地图中获得。结合道路的方向信息以及预先存储的本区域内不同时刻卫星的仰角和方位角信息，便能够获得本区域内的道路在不同时刻能够接收到的卫星，这样便得到了本区域内道路在不同时刻卫星受到遮挡的分布图。卫星的星历可以预先获取，也可以从卫星所播发的导航电文中获得卫星的概略星历。所述卫星信号遮挡区域分布图单元接收相应卫星的星历，并与三维地图结合，获取所述卫星信号被遮挡区域分布图。
[0041]所述中心处理单元将卫星信号受到遮挡的判断，结合时刻信息，与对应时刻的卫星信号被遮挡区域分布图进行匹配，获得所述移动终端的第一位置信息。如果此时有未受遮挡的卫星，则利用未受遮挡的卫星所给出的伪距信息确定移动终端当前精确位置信息。
[0042]“仅有一个可能位置”
[0043]所述移动终端的第一位置信息可能有多个，例如当某一区域建筑物的高度和方向与另一区域建筑物的高度和方向类似时，则可能有多个第一位置信息产生。在此需要进行判断，判断是以下哪一种情况:第一位置信息仅有一个；第一位置信息有多个。
[0044]如果第一位置信息仅有一个，则直接将这个唯一的结果作为最终结果(精确位置)，即进入到“确定精确位置”步骤。如果第一位置信息不止一个，即出现多值的情况，则进入“接收无线通讯信号”步骤。
[0045]“接收无线通讯信号”
[0046]移动终端与附近的无线通讯基站建立通讯联系。
[0047]“计算移动终端与无线通讯基站的距离”
[0048]无线通讯基站的位置是已知并且固定的。移动终端与无线通讯基站建立通讯联系后，所述中心处理单元根据所述移动终端与无线通讯基站之间的无线信号强度获得所述移动终端的第二位置信息(即移动终端与无线通讯基站之间的距离)，在这里，用一个无限通讯基站即可，并不需要多个基站作为信号源。无线通讯基站可以是WIFI无线通讯基站。
[0049]所述中心处理单元具体的实现上述功能的方法是:
[0050]设所述第一位置信息具有η个可选值，Pb为已知所述无线通讯基站位置信息，Ri =P1-Pb I，Pi为所述第一位置信息的第i个值，i = 1，2，...n, Rb = f (S)为所述第二位置信息，其中f (.)为无线信号强度和距离之间的关系函数，s为测得的无线信号强度。
[0051]利用无线通讯基站作为位置约束条件，以降低第一位置信息的多值性，或者说从多个第一位置信息中能够正确选择出精确的位置信息。当然，本领域技术人员能够知晓，可以采用其他定位方式作为约束条件，以降低第一位置信息的多值性。例如，另一个如下替代方案。移动终端室外定位装置还包括地图单元，所述地图单元存储地图信息。当卫星信号失效时，所述中心处理单元根据所述地图信息能够根据卫星信号失效前的位置信息获得所述移动终端的大致当前位置信息(第三位置信息)。综合所述第一位置信息与所述第三位置信息得出所述移动终端的精确位置信息。综合所述第一位置信息与所述第三位置信息得出所述移动终端的精确位置信息的方法可以参考前述综合第一位置信息和第二位置信息得到精确位置信息的方法。
[0052]“确定精确位置”
[0053]除了前面说明的，在第一位置信息唯一的时候，该唯一值即可确定为移动终端的精确位置。在这里，说明一下当第一位置信息为多值情况下，如何确定移动终端的精确位置。
[0054]接续“计算移动终端与无线通讯基站的距离”步骤。综合所述第一位置信息与所述第二位置信息得出所述移动终端的精确位置信息。具体的，令ARi= |R1-Rb|，取R =min ( Λ R1, Λ R2,...Λ Rn)，则R对应的Ri即为所述精确位置信息，即移动终端的精确位置。
[0055]本发明的移动终端设置有如前所述的移动终端室外定位装置。在集中式方案中，移动终端室外定位装置的所有的单元设置在移动终端上；在分布式方案中，移动终端室外定位装置的卫星信号遮挡区域分布图单元设置在联网的服务器上。具体的技术方案在前面已有叙述，不再重复。
[0056]值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关【技术领域】均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种移动终端室外定位装置，其特征在于:包括卫星信号接收与处理单元、卫星信号遮挡区域分布图单元和中心处理单元；所述卫星信号接收与处理单元、所述卫星信号遮挡区域分布图单元分别与所述中心处理单元连接； 所述卫星信号接收与处理单元接收卫星信号； 所述卫星信号遮挡区域分布图单元存储相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图； 所述中心处理单元判断卫星信号是否被遮挡，若卫星信号被遮挡，与所述相应时刻卫星信号被遮挡区域分布图进行匹配，获得所述移动终端的第一位置信息。
2.根据权利要求1所述移动终端室外定位装置，其特征在于:所述卫星信号遮挡区域分布图单元接收相应卫星的星历，并与三维地图结合，获取所述卫星信号被遮挡区域分布图。
3.根据权利要求2所述移动终端室外定位装置，其特征在于:所述星历包括卫星播发的导航电文中的概略星历。
4.根据权利要求1所述移动终端室外定位装置，其特征在于:所述中心处理单元根据所述移动终端与无线通讯基站之间的无线信号强度获得所述移动终端的第二位置信息；并综合所述第一位置信息与所述第二位置信息得出所述移动终端的精确位置信息。
5.根据权利要求4所述移动终端室外定位装置，其特征在于:获得所述精确位置信息的方法包括: 设所述第一位置信息具有η个可选值，Pb为已知所述无线通讯基站位置信息，Ri =P1-Pb I，Pi为所述第一位置信息的第i个值，i = 1，2，...n, Rb = f (S)为所述第二位置信息，其中f (.)为无线信号强度和距离之间的关系函数，s为测得的无线信号强度；令ARi=I R1-Rb，取R = min ( Λ R1, Λ R2,...Λ Rn)，则R对应的Ri即为所述精确位置信息。
6.根据权利要求4或5所述移动终端室外定位装置，其特征在于:所述无线通讯基站包括WIFI无线通讯基站。
7.根据权利要求1所述移动终端室外定位装置，其特征在于:还包括地图单元，所述地图单元存储地图信息；所述中心处理单元根据所述地图信息获得所述移动终端的第三位置信息；并综合所述第一位置信息与所述第三位置信息得出所述移动终端的精确位置信息。
8.根据权利要求1所述移动终端室外定位装置，其特征在于:判断所述卫星信号是否被遮挡的方法包括:将接收到的所述卫星信号的信噪比与阈值相比，小于阈值时，判断所述卫星信号被遮挡。
9.根据权利要求1所述移动终端室外定位装置，其特征在于:还包括与所述移动终端联网的服务器，所述卫星信号遮挡区域分布图单元设置于所述服务器上。
10.一种移动终端，其特征在于:设置有如权利要求1至9之一所述移动终端室外定位>j-U ρ?α装直。
【文档编号】H04W64/00GK104391313SQ201410436675
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】王博, 李冰 申请人:北京中电华远科技有限公司