定位裝置以及定位方法
2023-12-04 03:28:46
專利名稱：定位裝置以及定位方法
技術領域：
本發明是關於ー種定位裝置以及定位方法。更詳細地說，本發明是關於ー種用以計算ー自身位置的定位裝置以及定位方法。
背景技術：
近年來，隨著移動通訊技術的發展以及各種無線通訊終端設備的普及，促成了各 種移動定位服務應用的快速發展，使用者可通過無線通訊終端設備(如手機、導航機、筆記本計算機、平板計算機等)查詢自己的所在位置，並通過電子地圖等應用軟體的協助，進行各種實時的空間位置加值應用，包括個人導航、緊急救援定位、人身安全追蹤等個人加值應用，以及車輛管理、貨物監控等商業用途，應用層面非常廣泛。一般而言，現有的定位技術主要分成兩類，第一類定位技術必須事先收集環境信號特徵建立資料庫，進行定位吋，通過比較資料庫的信號特徵以取得定位結果，然而，此種定位技術需耗費相當高的時間成本建立信號特徵資料庫。第二類定位技術則是利用信號傳遞模型，通過描述路徑損耗對於距離的衰減情形測量出距離，再通過三角定位原理計算定位結果，只是此種定位方法當中，信號傳遞模型皆是採用固定的模型，因此，當信號傳遞模型不符合實際路徑損耗的情形時，將會造成測距誤差，進而導致定位上的誤差。綜上所述，如何提供ー種符合實際環境因素同時提高定位準確度的定位方法，實為該領域的技術人員亟需解決的課題。
發明內容
本發明的一目的在於提供ー種定位裝置以及定位方法，以符合實際環境因素同時提高定位準確度。根據本發明一方面提供一種用以計算ー自身位置的定位裝置。該定位裝置可與一參考裝置通信，且包含一收發單元、一儲存單元以及ー處理單元。該收發単元用以自該參考裝置接收ー接收信號強度指標(Received Signal Strength Indicator ；RSSI)。該儲存單元用以儲存一衰減參數數據。該處理単元分別與該收發單元以及該儲存單元電性連接，用以自該衰減參數數據擷取與該接收信號強度指標相對應的ー衰減參數，並根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該自身位置。根據本發明另ー方面提供ー種用於前述定位裝置的定位方法。該定位裝置用以計算ー自身位置，其可與ー參考裝置通信，且包含一收發單元、一儲存單元以及ー處理單元，該儲存単元用以儲存一衰減參數數據，該處理單元分別與該收發單元以及該儲存單元電性連接，該定位方法包含下列步驟(a)令該收發單元自該參考裝置接收ー接收信號強度指標；(b)令該處理單元自該衰減參數數據擷取與該接收信號強度指標相對應的ー衰減參數；以及(C)令該處理単元根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該自身位置。本發明還提供一種電腦程式產品，內儲ー種用於一定位裝置的定位方法的程序，該定位裝置用以計算一自身位置，其可與ー參考裝置通信，且包含一收發單元、ー儲存單元以及一處理單元，該儲存単元用以儲存一衰減參數數據，該處理單元分別與該收發單元以及該儲存單元電性連接，該程序包含一程序指令A，令該收發單元自該參考裝置接收ー接收信號強度指標；一程序指令B，令該處理単元自該衰減參數數據擷取與該接收信號強度指標相對應的ー衰減參數；以及ー程序指令C，令該處理単元根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該自身位置。本發明的定位裝置通過與參考裝置通信，自參考裝置接收ー接收信號強度指標，並根據該接收信號強度指標，自定位裝置所儲存的衰減參數數據中擷取與該接收信號強度指標相對應的ー衰減參數，以及根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算定位裝置的自身位置。藉此，本發明可克服現有的定位方法中，因信號傳遞模型不符合實際路徑損耗情形所造成的定位誤差的缺點，同時具有符合實際環境因素以及高定位準確度的優點。在參閱附圖及隨後描述的實施方式後，該技術領域具有通常知識者便可了解本發明的其它目的，以及本發明的技術手段及實施態樣。
圖I是本發明第一實施例的示意圖；圖2是本發明定位裝置與參考裝置通信的示意圖；圖3是本發明衰減參數數據的折線圖；圖4是本發明接收信號強度指標對距離的折線圖；圖5是本發明衰減參數對距離的折線圖；以及圖6是本發明第二實施例的流程圖。
具體實施例方式以下將通過實施例來解釋本發明的內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述的任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例的說明僅為闡釋本發明的目的，而非用以限制本發明。須說明的是，以下實施例及附圖中，與本發明非直接相關的元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間的尺寸關係僅為求容易了解，非用以限制實際比例。本發明的第一實施例為一定位裝置11，其示意圖描繪於圖I。定位裝置11包含一收發單元111、一處理單元113、以及ー儲存單元115，其中收發單元111以及儲存單元115分別與處理單元113電性連接。收發單元111可為定位裝置11的天線、收發機或所屬技術領域中具有通常知識者所能輕易思及具有傳送及接收能力的元件。處理單元113可為目前或未來的各種處理器、中央處理器、微處理器、計算器或所屬技術領域中具有通常知識者所能輕易思及具有計算能力的裝置；儲存單元115可為內存、軟盤、硬碟、光碟、隨身碟、磁帯、可由網絡存取的資料庫或所屬技術領域中具有通常知識者可輕易思及具有相同功能的儲存媒體。於本實施例中，定位裝置11是一手機。於其它實施例中，定位裝置11亦可為平板計算機、筆記本計算機、個人數字助理(Personal Digital Assistant, PDA)、數字相機、遊 戲機、數字媒體播放機或其它具有無線通信功能的無線通信終端設備。定位裝置11的實施態樣並不用以限制本發明的範圍。
本發明的定位裝置具有無線通信功能，其可與ー個或多個具有無線通信功能的參考裝置進行通信。舉例來說，定位裝置可通過藍芽傳輸、WiFi (Wireless Fidelity)傳輸、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)傳輸或其它無線通信技術與參考裝置進行通信，並不以定位裝置與參考裝置之間的通信方式及通信協議限制本發明的範圍。須特別說明的是，本申請說明書所述的參考裝置是指一具有定位功能的裝置，其可為手機、平板計算機、筆記本計算機、個人數字助理(Personal Digital Assistant,PDA)、數字相機、遊戲機、數字媒體播放機或其它具有定位功能的無線通信終端設備，並不以參考裝置的實施態樣限制本發明的範圍。請同時參閱圖2，其是描繪本發明定位裝置與參考裝置通信的示意圖。如圖所示，定位裝置11可分別與參考裝置21、參考裝置23以及參考裝置25通信，以下將詳述本發明的定位裝置11如何計算其自身位置。首先，儲存單元115中儲存ー衰減參數數據30，衰減參數數據30是衰減參數n與接收信號強度指標(Received Signal Strength Indicator ；RSSI)之間的對應關係。請同時參閱圖3，其是描繪衰減參數數據30的折線圖，如圖所示，縱軸為接收信號強度指標RSSI，橫軸為衰減參數n，通過衰減參數數據30可得知與ー接收信號強度指標相對應的衰減參數n。以下接著說明如何建立衰減參數數據30以及其所代表的意義。首應說明的是，進行無線通信所發送的無線信號會受到傳播環境以及傳播距離的影響而有所衰減，一般而言，傳播距離愈遠，無線信號衰減的程度愈大，但隨著傳播環境的不同，無線信號衰減的程度亦會有所不同；然而，現有的無線信號衰減模型皆是採用固定的衰減參數，即不管實際環境對無線信號傳播的影響為何，皆以預設且固定的衰減參數來計算距離。據此，現有的無線信號衰減模型由於未考慮實際環境對無線信號傳播的影響，其所計算出的距離必然會產生相當程度的誤差，進而造成定位的不準確度。因此，為了真實地反映實際環境對無線信號傳播的影響，必須建立考慮實際環境影響的無線信號衰減模型。據此，本發明通過實際測量得出無線信號傳播距離與無線信號強度(即接收信號強度指標)之間的關係，再根據測量的結果以及無線信號衰減模型，計算用以反映實際環境因素的衰減參數n,進而建立衰減參數數據30。以下說明測量方式，本發明是通過ー無線信號發送裝置(例如定位裝置11)以及ー無線信號接收裝置(例如參考裝置21)來測量無線信號傳播距離與無線信號強度之間的關係。具體而言，首先將參考裝置21設置於相距定位裝置11 一段已知的距離，接著由定位裝置11發送ー無線信號，再由參考裝置21接收該無線信號，並根據該無線信號產生ー實測接收信號強度指標；同樣地，依序改變參考裝置21與定位裝置11間的距離，以分別測量當參考裝置21與定位裝置11相距各種不同距離時，定位裝置11所接收到的無線信號的實測接收信號強度指標。於測得各種不同距離下的實測接收信號強度指標後，便可得知一真實環境中接收 信號強度指標與距離間的關係。請參閱圖4，其是描繪接收信號強度指標與距離的折線圖，其中縱軸為接收信號強度指標，橫軸為距離。於本實施例中，是自參考裝置21與定位裝置11相距I米測量至相距11米，每隔I米測量一次。圖3中包含折線400與折線402，折線400為根據實際測量數據所描繪的折線圖，折線402則為將折線400取一近似函數所得的平滑折線，於後續的計算中，將取折線402的數據作為計算的基礎。據此，折線402即為考慮真實環境影響的無線信號衰減特性。於測量出實際環境中接收信號強度指標與距離間的關係後，本發明進一步根據一無線信號衰減模型來計算衰減參數n。具體而言，無線信號衰減模型可以方程式(I)表示RSSI = -[IOnlog10 (d) +A](I)其中，RSSI為接收信號強度指標；n為衰減參數；d為發送端與接收端的距離；A為當發送端與接收端距離I米時所接收到的信號強度指標，其是一常數，用以描述接收信號強度指標中與距離無關的效應，例如天線增益對接收信號強度指標的影響。根據圖4的折線402，將ー距離代入方程式(I)的d，並將與該距離所對應的接收信號強度指標代入方程式(l)RSSI，同時由於A為ー常數，因此可計算該距離下的衰減參數 n。舉例而言，由折線402可知，當距離為5米時，接收信號強度指標約為-55dBm，因此分別將d = 5以及RSSI = -55代入方程式(I)，便可計算得出衰減參數n約等於5，以此類推。將圖4中各個距離與其所對應的接收信號強度指標代入方程式⑴後，便可計算得出衰減參數n與距離的關係。請參閱圖5，其是描繪衰減參數n與距離的折線圖，其中縱軸為衰減參數n，橫軸為距離。圖5包含折線500以及折線502，折線500是根據折線400的數據代入方程式(I)計算而得，折線502是根據折線402的數據代入方程式(I)計算而得。亦即，折線500為根據實際測量數據所計算而得的折線圖，折線502則為將折線500取一近似函數所得的平滑折線，於後續的計算中，將取折線502的數據作為計算的基礎。據此，折線502即為考慮真實環境影響的衰減參數。由上述說明可知，圖4描繪了接收信號強度指標與距離的關係，圖5描繪了衰減參數與距離的關係，據此，本發明可進ー步地根據圖4以及圖5的數據，建立如圖3所示的衰減參數數據30，即接收信號強度指標與衰減參數間的對應關係。以下說明本發明的定位裝置11如何計算其自身位置。請同時參閱圖I以及圖2，定位裝置11通過收發単元111以廣播方式發送一定位請求信號110，此時，位於定位裝置11附近的參考裝置21、參考裝置23以及參考裝置25可分別接收到請求信號110，並可根據請求信號110產生接收信號強度指標。於接收請求信號110後，參考裝置21、參考裝置23以及參考裝置25各自因應請求信號110分別回傳ー響應信號210、ー響應信號230以及ー響應信號250至定位裝置11，其中，響應信號210中包含接收信號強度指標RSSI1以及參考裝置21的位置信息P1 ;響應信號230中包含接收信號強度指標RSSI3以及參考裝置23的位置信息P3 ;響應信號250中包含接收信號強度指標RSSI5以及參考裝置25的位置信息P5。須特別說明的是，響應信號210中的接收信號強度指標RSSI1是指當參考裝置21與定位裝置11間具有一相對距離Cl1時，參考裝置21接收到請求信號110的接收信號強度指標，響應信號210中的位置信息則是由參考裝置21通過其定位功能所取得，於本實施例中，參考裝置21的位置信息即為參考裝置21的坐標信息；同理，響應信號230中的接收信號強度指標RSSI3是指當參考裝置23與定位裝置11間具有一相對距離d3吋，參考裝置23接收到請求信號110的接收信號強度指標，響應信號230中的位置信息是參考裝置23的坐標信息；響應信號250中的接收信號強度指標是RSSI5指當參考裝置25與定位裝置11間具有一相對距離d5吋，參考裝置25接收到清求信號110的接收信號強度指標，響應信號250中的位置信息是參考裝置25的坐標信息。定位裝置11的收發單元111於接收到響應信號210後，便將響應信號210傳送至處理單元113，處理單元113根據響應信號210中的接收信號強度指標RSSI1,自儲存單元中的衰減參數數據30擷取與接收信號強度指標RSSI1相對應的一衰減參數Ii1 ;接著，處理単元113將接收信號強度指標RSSI1以及衰減參數Ii1代入方程式(I)中，便可計算出定位裝置11與參考裝置21間的相對距離も。同理，收發單元111於接 收到響應信號230後，便將響應信號230傳送至處理單元113，處理單元113根據響應信號230中的接收信號強度指標RSSI3,自儲存單元中的衰減參數數據30擷取與接收信號強度指標RSSI3相對應的一衰減參數n3 ;接著，處理單元113將接收信號強度指標RSSI3以及衰減參數n3代入方程式(I)中，便可計算出定位裝置11與參考裝置23間的相對距離d3。同理，收發單元111於接收到響應信號250後，便將響應信號250傳送至處理單元113，處理單元113根據響應信號250中的接收信號強度指標RSSI5,自儲存單元中的衰減參數數據30擷取與接收信號強度指標RSSI5相對應的一衰減參數n5 ;接著，處理單元113將接收信號強度指標RSSI5以及衰減參數n5代入方程式(I)中，便可計算出定位裝置11與參考裝置25間的相對距離d5。處理單元113於計算出相對距離Cl1、相對距離d3以及相對距離d5後，便可根據相對距離Cl1、相對距離d3、相對距離d5、參考裝置21的位置信息P1、參考裝置23的位置信息P3以及參考裝置25的位置信息P5，以ー定位算法計算出定位裝置11的自身位置。於本實施例中，處理單元113是通過三角定位算法計算定位裝置11的自身位置，具體而言，假設定位裝置11的自身位置為Ptl = (X，y)，參考裝置21的位置信息P1 = (X1, Y1)，參考裝置23的位置信息P3= (x3，y3)，參考裝置25的位置信息P5= (x5，y5)，則根據三角定位算法可列出聯立方程式⑵
(X-X1)2 +{y-yx)2 = dl< (x-ろ)2 +0 —少3)2 =J32(之)
-X5)2 +(>>-タ5 )2 ニ d]接著，處理單元113通過方程式(3)至方程式(5)解聯立方程式(2):
XX1 + — XX5 ~yy5=~ (J52 — X52 - y] + xf + yf - df )<
xx3 + yy3 -xx5 -yy5 = — {d\ --タよ + X32 + ア32 — a3 )(3)
X1-X5 ァ廠ァ5 ]「x ] \\d2s~ X25 - y] + xf + yf - d\=—
-X3-X5ァ3 -ァ5」レ」2しゴ52-ズ52—タ5 +X32+タ32-J32」(4)「X1 = |TX〗一ズ5ス_少5丁「ズ廠ろタ廠ア「ろ-ろ-^5 Id IvLxS-A ア 3—ア5」LX3_ ろア3_ アLX3_X5 タ 3_少5_
權利要求
1.一種用以計算ー自身位置的定位裝置，其特徵在於該定位裝置可與ー參考裝置通信，且包含 一收發單元，用以自該參考裝置接收ー接收信號強度指標； 一儲存單元，用以儲存一衰減參數數據；以及 一處理單元，分別與該收發單元以及該儲存單元電性連接，用以自該衰減參數數據擷取與該接收信號強度指標相對應的ー衰減參數，並根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該自身位置。
2.根據權利要求I所述的定位裝置，其特徵在於，該衰減參數數據是根據ー距離以及ー實測接收信號強度指標而建立。
3.根據權利要求I所述的定位裝置，其特徵在幹，該收發單元還用以發送一定位請求信號至該參考裝置，以使該參考裝置因應該定位請求信號發送該接收信號強度指標至該定位裝置。
4.根據權利要求I所述的定位裝置，其特徵在幹，該收發單元還用以自該參考裝置接收該參考裝置的一位置信息，該處理単元根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該定位裝置與該參考裝置間的ー相對距離，井根據該位置信息以及該相對距離，以一定位算法計算該自身位置。
5.根據權利要求3所述的定位裝置，其特徵在幹，該接收信號強度指標是該參考裝置根據該定位請求信號所產生。
6.一種用於一定位裝置的定位方法，其特徵在於，該定位裝置用以計算一自身位置，其可與ー參考裝置通信，且包含一收發單元、一儲存單元以及ー處理單元，該儲存単元用以儲存ー衰減參數數據，該處理單元分別與該收發單元以及該儲存單元電性連接，該定位方法包含下列步驟 (a)令該收發單元自該參考裝置接收ー接收信號強度指標； (b)令該處理単元自該衰減參數數據擷取與該接收信號強度指標相對應的ー衰減參數；以及 (C)令該處理単元根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該自身位置。
7.根據權利要求6所述的定位方法，其特徵在幹，該衰減參數數據是根據ー距離以及ー實測接收信號強度指標而建立。
8.根據權利要求6所述的定位方法，其特徵在於還包含下列步驟 (d)令該收發單元發送一定位請求信號至該參考裝置，以使該參考裝置因應該定位請求信號發送該接收信號強度指標至該定位裝置。
9.根據權利要求6所述的定位方法，其特徵在於還包含下列步驟 (e)令該收發單元自該參考裝置接收該參考裝置的一位置信息； (f)令該處理単元根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該定位裝置與該參考裝置間的ー相對距離；以及 (g)令該處理単元根據該位置信息以及該相對距離，以ー定位算法計算該自身位置。
10.根據權利要求8所述的定位方法，其特徵在幹，該接收信號強度指標是該參考裝置根據該定位請求信號所產生。
全文摘要
本發明是一種定位裝置以及定位方法。該定位裝置用以計算一自身位置。該定位裝置可與一參考裝置通信，且包含一收發單元、一儲存單元以及一處理單元。該收發單元用以自該參考裝置接收一接收信號強度指標。該儲存單元用以儲存一衰減參數數據。該處理單元用以自該衰減參數數據擷取與該接收信號強度指標相對應的一衰減參數，並根據該接收信號強度指標以及該衰減參數計算該自身位置。
文檔編號H04B17/00GK102651844SQ20111012890
公開日2012年8月29日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年2月25日
發明者葉生正, 洪晟恩, 謝瓋賢 申請人:財團法人資訊工業策進會