專利名稱：用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及一種用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端及其方法。
背景技術(shù)：
基于移動(dòng)通信信號的定位方法可基于連接到終端的小區(qū)基站的位置和接近方案，或基于測量終端與終端附近的至少三個(gè)小區(qū)基站之間的信號傳播距離的三角測量，來估計(jì)終端的位置?；跓o線LAN的定位方法可基于終端所屬的接入點(diǎn)(AP)的位置估計(jì)無線LAN終端的位置，或者，基于所述終端附近的AP處的信號的強(qiáng)度來執(zhí)行通過預(yù)先記錄的印記的使用的樣式匹配，從而估計(jì)無線LAN終端的位置。基于超寬帶(UWB)的定位方法可基于測量終端與產(chǎn)生UWB信號的AP之間的距離的三角測量，來估計(jì)終端的位置。基于磁場地圖的定位方法可基于終端的位置處的磁場來估計(jì)終端的位置。在該示例中，代表性定位方法可包括卡爾曼濾波器、粒子濾波器(particlefiIter)、馬爾可夫定位(Markov localization)及其它類型的方法。所述方法可測量隨著移動(dòng)終端移動(dòng)而以各種形式改變的環(huán)境參數(shù)，并且可基于測量的結(jié)果估計(jì)移動(dòng)終端的位置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)總的方面，提供一種用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端，包括:存儲(chǔ)器，被配置為存儲(chǔ)包括按位置的磁場值的磁場地圖。所述移動(dòng)終端還包括:磁場傳感器，被配置為測量在移動(dòng)終端的位置處的磁場值。所述移動(dòng)終端還包括:慣性測量單元(MU)傳感器，被配置為測量移動(dòng)終端的加速度值和陀螺值。所述移動(dòng)終端還包括:處理器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的位置。陀螺值包括移動(dòng)終端的旋轉(zhuǎn)值和方位值。處理器包括:磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值。處理器還包括:第一位置估計(jì)器，被配置為基于磁場地圖和校正的磁場值確定移動(dòng)終端的位置。磁場值校正器包括:傾斜誤差計(jì)算器，被配置為基于加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的傾斜誤差。磁場值校正器還包括:磁場值校正實(shí)現(xiàn)器，被配置為基于傾斜誤差校正磁場值。傾斜誤差包括俯仰、橫滾和偏航。處理器包括:第一方向產(chǎn)生器，被配置為基于磁場值和加速度值產(chǎn)生第一方向信息。處理器還包括:第二方向產(chǎn)生器，被配置為基于加速度值和陀螺值產(chǎn)生第二方向信息。處理器還包括:方向信息權(quán)重設(shè)置單兀，被配置為基于第一方向信息和第二方向信息設(shè)置方向信息權(quán)重。方向信息權(quán)重設(shè)置單元被進(jìn)一步配置為:從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值。方向信息權(quán)重設(shè)置單元被進(jìn)一步配置為:如果第一值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第二方向信息。方向信息權(quán)重設(shè)置單元被進(jìn)一步配置為:從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值。方向信息權(quán)重設(shè)置單元被進(jìn)一步配置為:如果第二值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第一方向信息。處理器還包括:移動(dòng)距離計(jì)算器，被配置為基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離。處理器還包括:第二位置估計(jì)器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。處理器包括:磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值。處理器還包括:方向信息產(chǎn)生器，被配置為基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設(shè)置移動(dòng)終端的方向信息權(quán)重。處理器還包括:移動(dòng)距離計(jì)算器，被配置為基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離。處理器還包括:第三位置估計(jì)器，被配置為基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。處理器被進(jìn)一步被配置為基于粒子濾波器或卡爾曼濾波器或馬爾科夫定位或粒子濾波器、卡爾曼濾波器和馬爾科夫定位的任意組合，確定移動(dòng)終端的位置。在另一總的方面，提供一種用于移動(dòng)終端所包括的基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的定位方法，包括:確定包括按位置的磁場值的磁場地圖。所述方法還包括:測量移動(dòng)終端的位置處的磁場值。所述方法還包括:測量移動(dòng)終端的加速度值和陀螺值。所述方法還包括:基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的位置。陀螺值包括移動(dòng)終端的方位值和旋轉(zhuǎn)值。確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于磁場地圖和校正的磁場值，確定移動(dòng)終端的位置。校正的步驟包括:基于加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的傾斜誤差。校正的步驟還包括:基于傾斜誤差校正磁場值。傾斜誤差包括移動(dòng)終端的俯仰、橫滾和偏航。確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于磁場值和加速度值產(chǎn)生第一方向信息。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于加速度值和陀螺值產(chǎn)生第二方向信息。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于第一方向信息和第二方向信息設(shè)置方向信息權(quán)重。設(shè)置的步驟包括:從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值。設(shè)置的步驟還包括:如果第一值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第二方向信息。設(shè)置的步驟還包括:從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值。設(shè)置的步驟還包括:如果第二值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第一方向信息。確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于磁場地圖、磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設(shè)置移動(dòng)終端的方向信息權(quán)重。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離。確定移動(dòng)終端的位置的步驟還包括:基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。一種非永久性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)包括用于實(shí)現(xiàn)所述方法的程序。從下面的描述、附圖和權(quán)利要求，其他特征和方面可以是明顯的。


圖1是示出用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端的示例的框圖。圖2是示出基于通過使用慣性測量單元(IMU)傳感器校正的磁場值，估計(jì)移動(dòng)終端的位置的處理器的示例的框圖。圖3是示出基于通過使用IMU傳感器估計(jì)的方向信息和移動(dòng)距離信息，估計(jì)移動(dòng)終端的位置的處理器的示例的框圖。圖4是示出基于通過MU傳感器校正的磁場值以及通過使用MU傳感器估計(jì)的方向信息和移動(dòng)距離信息，估計(jì)移動(dòng)終端的位置的處理器的示例的框圖。圖5是由基于磁場地圖的定位系統(tǒng)使用的定位方法的示例的流程圖。除非另外描述，貫穿附圖和詳細(xì)描述，相同的附圖標(biāo)號將被理解為表示相同元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清楚、示出和方便，可夸大這些元件的相對大小和描述。
具體實(shí)施例方式提供以下的詳細(xì)描述，以幫助讀者獲得在此描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理解。因此，在此描述的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法的各種改變、修改和等同物將被提供給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。描述的處理步驟和/或操作的進(jìn)程是示例，但是，處理步驟和/或操作的順序不限于在此的描述，在步驟和/或操作不是必需以特定順序發(fā)生的前提下，可以以本領(lǐng)域中已知的方式改變處理步驟和/或操作的順序。此外，為了更加清楚和簡明，可省略已知功能和結(jié)構(gòu)的描述。圖1示出用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端100的示例。移動(dòng)終端100包括存儲(chǔ)器110、磁場傳感器120、慣性測量單元(IMU)傳感器130和處理器140。存儲(chǔ)器110存儲(chǔ)與磁場地圖相關(guān)的信息。磁場地圖包括在預(yù)定范圍的區(qū)域(例如，移動(dòng)終端100的位置的估計(jì)將被執(zhí)行的區(qū)域)所包括的位置處預(yù)先測量的磁場值。在該示例中，位置可包括按預(yù)定間隔的位置、允許將測量磁場值的位置和/或移動(dòng)終端100能夠到達(dá)的位置。另外，位置可包括三維(3D)空間內(nèi)的位置，而不是在二維(2D)平面內(nèi)的位置。例如，可利用移動(dòng)終端100估計(jì)室內(nèi)位置，例如，高層建筑物和其他類型的建筑物的內(nèi)部?？稍诟邔咏ㄖ锏拿恳粚拥墓潭ㄎ恢?例如，在2D平面視圖中觀看時(shí)的相同位置)處測量磁場值。雖然固定位置在2D平面視圖中表現(xiàn)為相同，但是固定位置在3D空間中包括不同的海拔。因此，測量的磁場值互不相同。另外，存儲(chǔ)器110可存儲(chǔ)與區(qū)域?qū)?yīng)的磁場地圖。S卩，存儲(chǔ)器110可存儲(chǔ)磁場地圖以估計(jì)區(qū)域中的位置。在該示例中，高層建筑物的每一層可被包括在所述區(qū)域中。磁場傳感器120測量移動(dòng)終端100的位置處的磁場值，并且IMU傳感器130測量移動(dòng)終端100的加速度值和陀螺值。在該示例中，磁場傳感器120可測量與移動(dòng)終端100的位置對應(yīng)的包括X軸、y軸和z軸的三個(gè)軸中的每一軸的磁場值。IMU傳感器130可包括用于測量X軸、y軸和z軸的加速度值的加速度計(jì)以及用于測量X軸、y軸和z軸的陀螺值的三個(gè)陀螺儀。如這里使用的，術(shù)語“陀螺值”表示由陀螺儀測量的旋轉(zhuǎn)和方向的值。處理器140將由磁場傳感器120測量的磁場值與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110中的磁場地圖相比較。基于該比較，處理器140從磁場地圖所包括的點(diǎn)當(dāng)中，將包括與測量的磁場值相似或相同的磁場值的點(diǎn)估計(jì)為移動(dòng)終端100的位置。
當(dāng)在磁場傳感器120測量移動(dòng)終端100的位置處的磁場值的同時(shí)，移動(dòng)終端100傾斜時(shí)，測量的磁場值包括傾斜誤差。傾斜誤差是由于磁場傳感器120的傾斜而包括在測量的磁場值中的誤差。在該示例中，傾斜誤差可通過三個(gè)軸中的每一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)的程度來表示。三個(gè)軸中的每一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)的程度可通過俯仰(pitch)、橫滾(roll)和偏航(yaw)來表示。當(dāng)移動(dòng)終端100傾斜時(shí)，包括在移動(dòng)終端100中的磁場傳感器120也相應(yīng)地傾斜。在該示例中，由磁場傳感器120所測量的X軸、y軸和z軸中的每一個(gè)軸的磁場值與由沒有傾斜的磁場傳感器所測量的X軸、y軸和z軸中的每一個(gè)軸的磁場值不同。磁場傳感器120將包括傾斜誤差的磁場值提供給處理器140，并且處理器140基于包括傾斜誤差的磁場值估計(jì)移動(dòng)終端100的位置。因此，處理器140可不準(zhǔn)確地估計(jì)移動(dòng)終端100的位置。處理器140通過使用MU傳感器130來校正磁場傳感器120的傾斜誤差。S卩，處理器140基于由IMU傳感器130測量的加速度值和/或陀螺值校正磁場傳感器120的傾斜誤差，這將參照圖2詳細(xì)描述。在進(jìn)一步的示例中，處理器140可將例如爾曼濾波器、粒子濾波器、馬爾可夫定位和/或其它類型的方法用作估計(jì)移動(dòng)終端100的位置的定位方法。當(dāng)在定位方法(諸如，粒子濾波器)被執(zhí)行時(shí)將被用于估計(jì)位置的中間結(jié)果值發(fā)生誤差時(shí)，所述方法可不準(zhǔn)確地估計(jì)位置。定位方法(諸如，粒子濾波器)可基于根據(jù)先前的循環(huán)估計(jì)的位置來執(zhí)行后續(xù)的循環(huán)，并且可重復(fù)地執(zhí)行這種處理以估計(jì)最終位置。例如，由于磁場傳感器120被外部因素影響，所以可發(fā)生在上面描述的方法的缺點(diǎn)。在該示例中，當(dāng)磁場傳感器120測量磁場時(shí)，在磁場地圖產(chǎn)生時(shí)不存在的磁性物質(zhì)可偶然存在于移動(dòng)終端100附近。當(dāng)在估計(jì)移動(dòng)終端100的位置被估計(jì)的同時(shí)，由磁場傳感器120測量的磁場值被外部因素中斷時(shí)，將被用于估計(jì)位置的中間結(jié)果值可存在誤差。因此，由處理器140估計(jì)的移動(dòng)終端100的位置還可包括誤差。處理器140通過使用IMU傳感器130來防止這種誤差的發(fā)生。處理器140基于由MU傳感器130測量的加速度值和陀螺值、存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110中的磁場地圖和由磁場傳感器120測量的磁場值來估計(jì)移動(dòng)終端100的移動(dòng)方向和/或移動(dòng)距離。因此，當(dāng)定位方法(諸如，粒子濾波器)被操作時(shí)，防止估計(jì)的位置改變到與移動(dòng)終端100的實(shí)際位置不同的點(diǎn)。將參照圖3提供詳細(xì)的描述。圖2示出基于通過使用MU傳感器校正的磁場值，估計(jì)移動(dòng)終端的位置的處理器的不例。用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端包括存儲(chǔ)器210、磁場傳感器220、IMU傳感器230和處理器240，其分別對應(yīng)于圖1的存儲(chǔ)器110、磁場傳感器120、IMU傳感器130和處理器140。處理器240執(zhí)行定位方法。更詳細(xì)地講，處理器240包括磁場值校正器241和第一位置估計(jì)器242。磁場值校正器241基于由IMU傳感器230測量的加速度值231和陀螺值232校正由磁場傳感器220測量的磁場值221。磁場值校正器241包括傾斜誤差計(jì)算器243，傾斜誤差計(jì)算器243基于加速度值231和陀螺值232計(jì)算移動(dòng)終端(例如，磁場傳感器220)的傾斜誤差。磁場值校正器241還包括磁場值校正實(shí)現(xiàn)器244，磁場值校正實(shí)現(xiàn)器244基于計(jì)算的傾斜誤差實(shí)現(xiàn)測量的磁場值221的校正。
例如，磁場傳感器220測量與移動(dòng)終端的位置對應(yīng)的X軸、y軸和z軸中的每一個(gè)軸處的磁場值221,并且在三個(gè)軸測量的磁場值可分別被表不為mx、my和mz。IMU傳感器230測量在X軸、y軸和z軸中的每一個(gè)軸處的加速度值231和陀螺值232。在三個(gè)軸測量的加速度值可分別被表示為^^、、和Ciz，并且在三個(gè)軸測量的陀螺值可分別被表示為cox、coy和ωζ。在該示例中，磁場傳感器220的傾斜誤差可通過移動(dòng)終端的俯仰Θ、橫滾φ和偏航Ψ表示。傾斜誤差計(jì)算器243可分別基于等式I和等式2計(jì)算俯仰Θ和橫滾φ。[等式I]
權(quán)利要求
1.一種用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端，包括: 存儲(chǔ)器，被配置為存儲(chǔ)包括按位置的磁場值的磁場地圖； 磁場傳感器，被配置為測量在移動(dòng)終端的位置處的磁場值； 慣性測量單元傳感器，被配置為測量移動(dòng)終端的加速度值和陀螺值； 處理器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)終端，其中，陀螺值包括移動(dòng)終端的旋轉(zhuǎn)值和方位值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)終端，其中，處理器包括: 磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值； 第一位置估計(jì)器，被配置為基于磁場地圖和校正的磁場值確定移動(dòng)終端的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)終端，其中，磁場值校正器包括: 傾斜誤差計(jì)算器，被配置為基于加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的傾斜誤差； 磁場值校正實(shí)現(xiàn)器，被配置為基于傾斜誤差校正磁場值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傾斜誤差包括俯仰、橫滾和偏航。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)終端，其中，處理器包括: 第一方向產(chǎn)生器，被配置為基于磁場值和加速度值產(chǎn)生第一方向信息； 第二方向產(chǎn)生器，被配置為基于加速度值和陀螺值產(chǎn)生第二方向信息； 方向信息權(quán)重設(shè)置單兀，被配置為基于第一方向信息和第二方向信息設(shè)置方向信息權(quán)重。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)終端，其中，方向信息權(quán)重設(shè)置單元被進(jìn)一步配置為: 從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值； 如果第一值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第二方向信息； 從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值； 如果第二值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第一方向信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)終端，其中，處理器還包括: 移動(dòng)距離計(jì)算器，被配置為基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離； 第二位置估計(jì)器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)終端，其中，處理器包括: 磁場值校正器，被配置為基于加速度值和陀螺值校正磁場值； 方向信息產(chǎn)生器，被配置為基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設(shè)置移動(dòng)終端的方向信息權(quán)重； 移動(dòng)距離計(jì)算器，被配置為基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離； 第三位置估計(jì)器，被配置為基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)終端，其中，處理器被進(jìn)一步被配置為基于粒子濾波器或卡爾曼濾波器或馬爾科夫定位或粒子濾波器、 卡爾曼濾波器和馬爾科夫定位的任意組合，確定移動(dòng)終端的位置。
11.一種用于移動(dòng)終端所包括的基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的定位方法，包括: 確定包括按位置的磁場值的磁場地圖；測量移動(dòng)終端的位置處的磁場值；測量移動(dòng)終端的加速度值和陀螺值；基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，陀螺值包括移動(dòng)終端的方位值和旋轉(zhuǎn)值。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值；基于磁場地圖和校正的磁場值，確定移動(dòng)終端的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，校正的步驟包括:基于加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的傾斜誤差；基于傾斜誤差校正磁場值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，傾斜誤差包括移動(dòng)終端的俯仰、橫滾和偏航。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于磁場值和加速度值產(chǎn)生第一方向信息；基于加速度值和陀螺值產(chǎn)生第二方向信息；基于第一方向信息和第二方向信息設(shè)置方向信息權(quán)重。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，設(shè)置的步驟包括:從第一方向信息的變化減去第二方向信息的變化來確定第一值；如果第一值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第二方向信息；從第二方向信息的變化減去第一方向信息的變化來確定第二值；如果第二值大于預(yù)定閾值，則將方向信息權(quán)重設(shè)置為第一方向信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離；基于磁場地圖、磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，確定移動(dòng)終端的位置的步驟包括:基于加速度值和陀螺值校正磁場值；基于校正的磁場值、加速度值和陀螺值設(shè)置移動(dòng)終端的方向信息權(quán)重；基于加速度值確定移動(dòng)終端的移動(dòng)距離；基于磁場地圖、校正的磁場值、方向信息權(quán)重和移動(dòng)距離確定移動(dòng)終端的位置。
全文摘要
公開了一種用于基于磁場地圖的定位系統(tǒng)的移動(dòng)終端及其方法。所述移動(dòng)終端包括存儲(chǔ)器，被配置為存儲(chǔ)包括按位置的磁場值的磁場地圖。所述移動(dòng)終端還包括磁場傳感器，被配置為測量在移動(dòng)終端的位置處的磁場值。所述移動(dòng)終端還包括慣性測量單元(IMU)傳感器，被配置為測量移動(dòng)終端的加速度值和陀螺值。所述移動(dòng)終端還包括處理器，被配置為基于磁場地圖、磁場值、加速度值和陀螺值確定移動(dòng)終端的位置。
文檔編號G01C21/00GK103148848SQ201210519569
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者金勇 , 金應(yīng)善, 尹志賢 申請人:三星電子株式會(huì)社