移動定位裝置和導航裝置的製作方法
2023-07-22 07:11:01
專利名稱：移動定位裝置和導航裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及導航定位技術領域，尤其涉及一種移動定位裝置和導航裝置。
背景技術：
導航技術已廣泛應用到車載和手機等行動裝置上。目前導航定位主要採用的是全球定位系統(GPS, Global Position System)。GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然後綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。GPS導航系統由空間衛星、地面監控和用戶接收等三大部分組成。在太空中有24顆衛星組成一個分布網絡，分別分布在6條離地面2萬公裡、傾斜角為55°的地球準同步軌道上，每條軌道上有4顆衛星。GPS衛星每隔12小時繞地球一周，使地球上任一地點能夠同時接收7 9顆衛星的信號。地面共有I個主控站和5個監控站負責對衛星的監視、遙測、跟蹤和控制。它們負責對每顆衛星進行觀測，並向主控站提供觀測數據。主控站收到數據後，計算出每顆衛星在每一時刻的精確位置，並通過3個注入站將它傳送到衛星上去，衛星再將這些數據通過無線電波向地面發射至用戶接收端設備。但是，由於受GPS定位精度的影響，而且在城市路段複雜的情況下，往往會出現高樓和高架橋阻擋接收機的信號，使GPS定位信息有較大的偏差甚至失去信號，單純用GPS定位很難得到滿意的定位效果。現有技術中，雖然還存在航位推算(DR, Dead Reckoning)以及地圖匹配(MM, MapMatching)這兩種導航方法。但是這兩種方法都比較複雜、成本較高。因此，如何採用簡單有效地方法實現行動裝置的定位就成為本領域技術人員亟待解決的問題。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種移動定位裝置和導航裝置，以簡單有效地獲取行動裝置的姿態位置信息。為解決上述問題，本發明提供了一種移動定位裝置，設置在行動裝置上，用於獲取行動裝置的姿態位置信息，包括:GPS定位模塊，採用GPS技術獲取行動裝置的第一姿態位置信息；照相測距模塊，採用照相測距技術獲取行動裝置的第二姿態位置信息；信息融合模塊，連接所述GPS定位模塊和照相測距模塊，對接收的所述第一姿態位置信息和第二姿態位置信息進行信息融合處理，融合後的信息作為行動裝置的實際姿態位置信息。可選地，所述移動定位裝置還包括:顯示模塊，連接GPS定位模塊、照相測距模塊和信息融合模塊，用於接收和顯示所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息和實際姿態位置信息。
可選地，所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息或實際姿態位置信息包括:經緯度信息、航向信息、速度信息中的一種或多種。可選地，所述照相測距模塊包括:一個或多個照相機，用於獲取行動裝置移動過程中外界的多張連續照片，每個所述照片包括一個或多個物體；圖像識別模塊，連接所述照相機，用於對相鄰的兩張照片進行圖像識別處理，識別出所述兩張照片中相同的物體作為特徵參照物；分析模塊，連接圖像識別模塊，提取所述特徵參照物在兩張照片中的尺寸信息，分析得出行動裝置的移動距離和移動方向。可選地，所述圖像識別模塊包括:去噪單元，連接所述照相機，用於對獲取的照片進行去噪處理，得到去噪後的圖像；特徵值提取單元，連接所述去噪單元，用於從所述去噪後的圖像中提取特徵值；比對單元，連接所述特徵值提取單元，用於對相鄰的兩張照片對應的特徵值進行比對，將所述兩張照片中特徵值相同的物體作為特徵參照物。可選地，所述分析模塊包括:尺寸提取單元，連接圖像識別模塊，用於提取所述特徵參照物在兩張照片中的尺寸信息；距離計算單元，連接尺寸提取單元，根據所述尺寸信息獲取行動裝置的移動距離；方向判斷單元，連接尺寸提取單元，根據尺寸信息的變化獲取行動裝置的航向信息。可選地，所述照相測距模塊還包括:計時單元，用於計時；速度計算單元，連接計時單元、距離計算單元和信息融合模塊，獲取移動距離和計時信息，計算所述移動距離和計時時間的商作為行動裝置的速度信息，且將所述速度信息發送給所述信息融合模塊。可選地，所述照相機設置在所述行動裝置的側面。可選地，所述照相機的焦距為定值。可選地，所述照相機拍照的頻率包括:I秒/張 10秒/張。可選地，所述信息融合模塊包括:權重分配單元，連接GPS定位模塊，用於獲取GPS信號的狀態信息，根據所述GPS信號的狀態信息為第一姿態位置信息分配第一權重，並為第二姿態位置信息分配第二權重，所述第一權重大於或等於O且小於或等於I，所述第一權重和所述第二權重之和為I ;位置計算單元，連接GPS定位模塊、照相測距模塊和權重分配單元，獲取所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息、第一權重和第二權重，將第一姿態位置信息和第一權重的乘積與第二姿態位置信息和第二權重的乘積之和作為行動裝置的實際姿態位置信息。可選地，所述GPS信號的狀態信息包括:幾何精度因子、衛星數目和速度信息。可選地，所述信息融合模塊採用聯合卡爾曼濾波技術實現。為了解決上述問題，本發明還提供了一種包括上述移動定位裝置的導航裝置。與現有技術相比，本發明具有以下優點:採用GPS定位技術獲取行動裝置的第一姿態位置信息，採用照相測距技術獲取行動裝置的第二姿態位置信息，然後對第一姿態位置信息和第二姿態位置信息進行信息融合處理，將融合後的信息作為行動裝置的實際姿態位置信息。從而在GPS信號不好時，仍可以採用照相測距技術獲取行動裝置的姿態位置信息，進而實現對行動裝置的定位。此外，照相測距技術比較簡單易實現，從而可以降低成本。
圖1是本發明實施例中導航裝置的結構示意圖2是圖1中照相測距模塊的結構示意圖；圖3是圖2中圖像識別模塊的結構示意圖；圖4是圖2中分析模塊的結構示意圖；圖5是圖1中信息融合模塊的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。正如背景技術部分所述，現有技術中當GPS信號不好時，則無法對行動裝置進行定位。針對上述缺陷，發明人發現:GPS信號多是在城市中建築物較多的情況下信號不好。而現有技術中照相測距的技術已經很成熟，且該技術比較簡單，在城市中建築物較多的區域，尤其容易實現照相測距。因此發明人將GPS技術與照相測距技術相結合，綜合考量GPS技術得到的定位信息和照相測距技術得到的定位信息，從而能很好地實現行動裝置的定位。下面結合附圖進行詳細說明。本實施例提供了一種導航系統，包括:行動裝置和用於獲取行動裝置定位信息的導航裝置。其中，所述行動裝置可以為車載、手機、船舶等需要定位的設備。為了簡單起見，以下均以車載為例進行說明，但其不限制本發明的保護範圍。其中，參考圖1所示，所述導航裝置I包括移動定位裝置10，所述移動定位裝置10設置在行動裝置上，用於獲取行動裝置的姿態位置信息，包括:GPS定位模塊100，採用GPS技術獲取行動裝置的第一姿態位置信息；照相測距模塊200，採用照相測距技術獲取行動裝置的第二姿態位置信息； 信息融合模塊300，連接所述GPS定位模塊100和照相測距模塊200，對接收的所述第一姿態位置信息和第二姿態位置信息進行信息融合處理，融合後的信息作為行動裝置的實際姿態位置信息。此外，所述移動定位裝置10還可以包括:顯示模塊400，連接GPS定位模塊100、照相測距模塊200和信息融合模塊300，用於接收和顯示所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息和實際姿態位置信息。具體地，所述顯示模塊400可以為任意顯示裝置，如:液晶顯示屏。在本發明的其他實施例中，所述顯示模塊400也可以只連接信息融合模塊300，從而只顯示所述實際姿態位置信息。所述照相測距模塊200在獲取行動裝置時刻tl的第二姿態位置信息時，需要同時參考GPS定位模塊100在時刻t2獲取的第一姿態位置信息，所述時刻tl晚於時刻t2，從而照相測距模塊200與GPS定位模塊100之間也可以存在連接關係。其中，GPS定位模塊100採用現有技術中的GPS技術實現，其對於本領域的技術人員是熟知的，在此不再贅述。所述GPS定位模塊100獲取的第一姿態位置信息可以包括:行動裝置的經緯度信息、航向信息、速度信息中的一種或多種。其中:所述經緯度信息反映行動裝置的地理坐標。通過分析行動裝置不同的經緯度信息，可以得知行動裝置的位移信息。所述航向信息可以直接利用GPS信息進行Kalman (卡爾曼)濾波來獲取。所述速度信息可以結合時間和位移獲取。結合參考圖2所示，所述照相測距模塊200可以包括:一個或多個照相機210，用於獲取行動裝置移動過程中外界的多張連續照片，每個所述照片包括一個或多個物體；圖像識別模塊220，連接所述照相機210，用於對相鄰的兩張照片進行圖像識別處理，識別出所述兩張照片中相同的物體作為特徵參照物；分析模塊230，連接圖像識別模塊220和信息融合模塊300，提取所述特徵參照物在兩張照片中的尺寸信息，分析得出行動裝置的移動距離和移動方向。為了更好地獲取車載設備移動過程中外界的建築物照片，所述照相機210可以設置在車載設備的側面。如:在車載設備的兩個側面分別設置一個照相機210。為了提高測量的準確性，還可以在每個側面設置多個照相機210。所述照相機210的焦距可以為定值，如:可以將照相機210的焦距設置為適於拍攝50米外的物體，從而可以得到距車載設備側面50米距離的物體的清晰照片。所述照相機210拍照的頻率可以與車速有關。車速越快，拍照的頻率可以越高。具體地，所述照相的頻率可以包括:1秒/張 10秒/張，如:1秒/張、5秒/張或10秒/張。結合參考圖3所示，所述圖像識別模塊220可以包括:去噪單元221，連接所述照相機210，用於對獲取的照片進行去噪處理，得到去噪後的圖像；特徵值提取單元222，連接所述去噪單元221，用於從所述去噪後的圖像中提取特徵值；比對單元223，連接所述特徵值提取單元222和分析模塊230，用於對相鄰的兩張照片對應的特徵值進行比對，將所述兩張照片中特徵值相同的物體作為特徵參照物。所述圖像識別模塊220對照相機210獲取的照片進行圖像識別處理。所述圖像識別處理可以為特徵建築圖形識別處理，即從相鄰的兩張照片中識別出輪廓清晰的同一特徵建築物。所述特徵建築物是相對車輛靜止的物體，如:建築、樹木等。具體地，可以採用多尺度卡爾曼濾波技術或小波濾波等現有技術實現，在此不再贅述。結合參考圖4所示，所述分析模塊230可以包括:尺寸提取單元231，連接圖像識別模塊220，用於提取所述特徵參照物在兩張照片中的尺寸信息；距離計算單元232，連接尺寸提取單元231、GPS定位模塊100和信息融合模塊300，根據所述尺寸信息獲取行動裝置的移動距離；方向判斷單元233，連接尺寸提取單元231和信息融合模塊300，根據尺寸信息的變化獲取行動裝置的航向信息。
所述分析模塊230對圖像識別模塊220識別後的圖像進行分析。首先採用所述尺寸提取單元231提取相鄰的兩張照片中特徵參照物的尺寸信息，所述尺寸信息可以是特徵參照物在相鄰的兩張照片中的比例信息，如:高度之比或寬度之比。接著，所述距離計算單元232提取GPS定位模塊100中t2時刻時行動裝置對應的第一姿態位置信息，並提取尺寸提取單元231的所述尺寸信息，由於照相機210的焦距不變，因此通過對比和計算，採用定焦測距技術即可得到行動裝置在tl時刻的第二姿態位置信息。所述定焦測距技術對於本領域的技術人員是熟知的，在此不再贅述。此外，在獲取行動裝置的移動距離的同時，為了獲取行動裝置的速度信息，所述分析模塊230還可以包括:計時單元(圖中未示出)，用於計時；速度計算單元(圖中未示出)，連接計時單元、距離計算單元232和信息融合模塊300，獲取移動距離和計時信息，計算所述移動距離和計時時間的商作為行動裝置的速度信息，且將所述速度信息發送給信息融合模塊300。需要說明的是，本實施例圖像識別模塊200可以識別得到多個特徵參照物，多個特徵參照物可以是從一個照相機210的數據處理後得到，也可以是從多個照相機210的數據處理後得到。相應地，分析模塊230可以計算得出與每個特徵參照物相對應的第二姿態位置信息，進而通過對得到的多個第二姿態位置信息進行算術平均處理，此時，所述圖像識別模塊220還需要包括算術平均處理模塊(圖中未示出)，其將多個第二姿態位置信息的算術平均值發送給信息融合模塊300。至此，得到第二姿態位置信息，所述第二姿態位置信息也可以包括:經緯度信息、航向信息、速度信息中的一種或多種。所述信息融合模塊300在接收到第一姿態位置信息和第二姿態位置信息之後，可以對所述第一姿態位置信息和第二姿態位置信息進行信息融合處理，從而將信息融合後的姿態位置信息作為行動裝置的實際姿態位置信息。所述實際姿態位置信息也可以包括:經緯度信息、航向信息、速度信息中的一種或多種。此外，所述照相測距模塊200還可以包括一個開關，用於控制照相測距模塊200的開啟和關閉，從而在GPS信號非常好時，可以關閉照相測距模塊200。所述信息融合處理可以採用聯合卡爾曼濾波技術實現，也可以採用其他信息融合技術實現，其不限制本發明的保護範圍。在一個具體例子中，結合參考圖5所示，所述信息融合模塊300可以包括:權重分配單元310，連接GPS定位模塊100，用於獲取GPS信號的狀態信息，根據所述GPS信號的狀態信息為第一姿態位置信息分配第一權重，並為第二姿態位置信息分配第二權重，所述第一權重大於或等於O且小於或等於I，所述第一權重和所述第二權重之和為I ;位置計算單元320，連接GPS定位模塊100、照相測距模塊200和權重分配單元
310,獲取所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息、第一權重和第二權重,將第一姿態位置信息和第一權重的乘積與第二姿態位置信息和第二權重的乘積之和作為行動裝置的實際姿態位置信息。
其中，所述GPS信號的狀態信息可以包括:幾何精度因子、衛星數目和速度信息中的一種或多種。所述幾何精度因子(Geometric Dilution Precision,縮寫為⑶OP)是衡量定位精度的很重要的一個係數，它代表GPS測距誤差造成的接收機與空間衛星間的距離矢量放大因子。所述幾何精度因子越大，表示GPS信號越好，從而第一權重可以越大。所述衛星數目越多，表示GPS信號可能越好，從而第一權重可以越大。所述速度信息指的是行動裝置的移動速度，所述速度信息越小，則GPS定位模塊100對行動裝置的定位越準確。當沒有GPS信號或者GPS信號非常不好時(如:車輛行駛在南京西路)，所述第一權重可以為0，則第二權重為I，從而本實施例移動定位裝置10得到的行動裝置的實際姿態位置信息就是由照相測距模塊200獲取的，這樣可以克服現有技術中僅包括GPS定位模塊100，且GPS信號不好時無法獲取行動裝置的姿態位置信息的缺陷。當GPS信號非常好時(如:車載行駛在高速公路上)，所述第一權重可以為1，則第二權重為0，從而本實施例移動定位裝置10得到的行動裝置的實際姿態位置信息就是由GPS定位模塊100獲取的。需要說明的是，在本發明的其他實施例中，所述權重分配單元310也可以連接照相測距模塊200，從而根據照相測距模塊200的狀態信息為照相測距模塊200獲得的第二姿態位置信息分配第二權重，並為GPS定位模塊100獲得的第一姿態位置信息分配第一權重，第一權重和第二權重之後仍為I ;所述權重分配單元310還可以同時連接GPS定位模塊100和照相測距模塊200，從而綜合考量照相測距模塊200的狀態信息和GPS定位模塊100的狀態信息，並為照相測距模塊200獲得的第二姿態位置信息分配第二權重，並為GPS定位模塊100的第一姿態位置信息分配第一權重,第一權重和第二權重之和仍為I。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
1.一種移動定位裝置，設置在行動裝置上，用於獲取行動裝置的姿態位置信息，其特徵在於，包括: GPS定位模塊，採用GPS技術獲取行動裝置的第一姿態位置信息； 照相測距模塊，採用照相測距技術獲取行動裝置的第二姿態位置信息； 信息融合模塊，連接所述GPS定位模塊和照相測距模塊，對接收的所述第一姿態位置信息和第二姿態位置信息進行信息融合處理，融合後的信息作為行動裝置的實際姿態位置信息。
2.如權利要求1所述的移動定位裝置，其特徵在於，還包括:顯示模塊，連接GPS定位模塊、照相測距模塊和信息融合模塊，用於接收和顯示所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息和實際姿態位置信息。
3.如權利要求1所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息或實際姿態位置信息包括:經緯度信息、航向信息、速度信息中的一種或多種。
4.如權利要求1所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述照相測距模塊包括: 一個或多個照相機，用於獲取行動裝置移動過程中外界的多張連續照片，每個所述照片包括一個或多個物體； 圖像識別模塊，連接所述照相機，用於對相鄰的兩張照片進行圖像識別處理，識別出所述兩張照片中相同的物體作為特徵參照物； 分析模塊，連接圖像識別模塊，提取所述特徵參照物在兩張照片中的尺寸信息，分析得出行動裝置的移動距離和移動方向。
5.如權利要求4所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述圖像識別模塊包括: 去噪單元，連接所述照相機，用於對獲取的照片進行去噪處理，得到去噪後的圖像； 特徵值提取單元，連接所述去噪單元，用於從所述去噪後的圖像中提取特徵值； 比對單元，連接所述特徵值提取單元，用於對相鄰的兩張照片對應的特徵值進行比對，將所述兩張照片中特徵值相同的物體作為特徵參照物。
6.如權利要求4所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述分析模塊包括: 尺寸提取單元，連接圖像識別模塊，用於提取所述特徵參照物在兩張照片中的尺寸信息； 距離計算單元，連接尺寸提取單元，根據所述尺寸信息獲取行動裝置的移動距離； 方向判斷單元，連接尺寸提取單元，根據尺寸信息的變化獲取行動裝置的航向信息。
7.如權利要求6所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述照相測距模塊還包括: 計時單元，用於計時； 速度計算單元，連接所述計時單元、距離計算單元和信息融合模塊，獲取移動距離和計時信息，計算所述移動距離和計時時間的商作為行動裝置的速度信息，且將所述速度信息發送給所述信息融合模塊。
8.如權利要求4所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述照相機設置在所述行動裝置的側面。
9.如權利要求4所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述照相機的焦距為定值。
10.如權利要求4所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述照相機拍照的頻率包括:1秒/張 10秒/張。
11.如權利要求1所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述信息融合模塊包括: 權重分配單元，連接GPS定位模塊，用於獲取GPS信號的狀態信息，根據所述GPS信號的狀態信息為第一姿態位置信息分配第一權重，並為第二姿態位置信息分配第二權重，所述第一權重大於或等於O且小於或等於I，所述第一權重和所述第二權重之和為I ; 位置計算單元，連接GPS定位模塊、照相測距模塊和權重分配單元，獲取所述第一姿態位置信息、第二姿態位置信息、第一權重和第二權重，將第一姿態位置信息和第一權重的乘積與第二姿態位置信息和第二權重的乘積之和作為行動裝置的實際姿態位置信息。
12.如權利要求11所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述GPS信號的狀態信息包括:幾何精度因子、衛星數 目和速度信息。
13.如權利要求1所述的移動定位裝置，其特徵在於，所述信息融合模塊採用聯合卡爾曼濾波技術實現。
14.一種導航裝置，其特徵在於，包括權利要求1至13中任一項所述的移動定位裝置。
全文摘要
一種移動定位裝置和導航裝置。所述移動定位裝置設置在行動裝置上，用於獲取行動裝置的姿態位置信息，包括GPS定位模塊，採用GPS技術獲取行動裝置的第一姿態位置信息；照相測距模塊，採用照相測距技術獲取行動裝置的第二姿態位置信息；信息融合模塊，連接所述GPS定位模塊和照相測距模塊，對接收的所述第一姿態位置信息和第二姿態位置信息進行信息融合處理，融合後的信息作為行動裝置的實際姿態位置信息。本發明可以簡單有效地獲取行動裝置的姿態位置信息。
文檔編號G01C21/00GK103185578SQ20111045740
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者陶勇剛 申請人:上海博泰悅臻電子設備製造有限公司