CN108241164B - 卫星定位系统定位空窗期内轨迹记录方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星定位领域，公开了一种卫星定位系统定位空窗期内轨迹记录方法及其装置。本发明中，在空窗期内，根据假定的初始位置和方向，使用移动终端的惯性导航传感器输出的数据，以惯性导航算法计算轨迹中的推知位置和推知方向；在卫星定位系统成功定位之时，计算定位结果和推知位置、推知方向的差值，以该差值修正轨迹中各数据点的位置和方向，从而使得用户可以得到卫星定位系统成功定位之前的准确轨迹。在开始定位时刻先进行WIFI定位或基站定位，将所得到定位结果作为初始位置，可以使初始位置与之后卫星定位系统所得到位置比较接近，可能认为具有相同的地磁强度，从而使得空窗期以惯性导航方式计算的轨迹点更为精确。

Description

卫星定位系统定位空窗期内轨迹记录方法及其装置

技术领域

本发明涉及卫星定位领域，特别涉及卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法。

背景技术

现在随着导航技术的不断更新和推广，人们对定位导航以及轨迹记录的需求越来越强烈。然而由于卫星定位系统从开始定位到定位成功需要一些时间消耗，甚至在一些复杂的环境下需要很长时间才能定位，所以在卫星定位系统首次定位成功之前的这段时间内轨迹是丢失的。

因此，目前亟需一种可以记录卫星定位系统从开始定位到定位成功这段空窗期轨迹的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星定位系统定位空窗期内轨迹记录方法及其装置，从而使得用户可以得到卫星定位系统成功定位之前的准确轨迹。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，包括以下步骤：

获取移动终端在开始定位时刻T0的假定的初始位置P0和初始方向D0；

根据移动终端中惯性导航传感器输出的数据、P0和D0，计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt，其中，Tk在T0之后Tt之前，t为整数，k为大于0小于t的整数；

获取Tt时刻卫星定位系统对移动终端的定位结果中的实测位置Pn和实测方向Dn；

计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的角度差值Ed；

根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk，以作为空窗期内轨迹中的点。

在本发明的另一个优选例中，导航传感器包括以下之一或其任意组合：

陀螺仪，加速度传感器，磁力计，气压计。

在本发明的另一个优选例中，“计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt”的步骤中，使用惯性导航算法实现Pk、Dk、Pt和Dt的计算。

在本发明的另一个优选例中，“计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的方向角度差值Ed”的步骤中Ep＝Pn-Pt；Ed＝Dn－Dt；

所述“根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk”的步骤中，在时刻Tk，修正后的位置＝Pk+Ep，修改后的方向＝Dn+Ed。

在本发明的另一个优选例中，卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，还包括下步骤：

在开始定位时刻进行WIFI定位或基站定位；

将WIFI定位或基站定位的结果作为P0。

本发明的实施方式还公开了一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，包括：

预设单元，用于获取移动终端在开始定位时刻T0的假定的初始位置P0和初始方向D0；

推算单元，用于根据移动终端中惯性导航传感器输出的数据、P0和D0，计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt，其中，Tk在T0之后Tt之前，t为整数，k为大于0小于t的整数；

实测单元，用于获取Tt时刻卫星定位系统对移动终端的定位结果中的实测位置Pn和实测方向Dn；

差值计算单元，用于计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的角度差值Ed；

修正单元，用于根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk，以作为空窗期内轨迹中的点。

在本发明的另一个优选例中，导航传感器包括以下之一或其任意组合：

陀螺仪，加速度传感器，磁力计，气压计。

在本发明的另一个优选例中，推算单元，在计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt时，使用惯性导航算法实现Pk、Dk、Pt和Dt的计算。

在本发明的另一个优选例中，差值计算单元，在计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的角度差值Ed时，Ep＝Pn-Pt；Ed＝Dn－Dt；

修正单元，根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk，在时刻Tk，修正后的位置＝Pk+Ep，修改后的方向＝Dn+Ed。

在本发明的另一个优选例中，星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，还包括：

定位单元，用于在开始定位时刻进行WIFI定位或基站定位；

所述预设单元，将所述定位单元的WIFI定位或基站定位的结果作为P0。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在空窗期内，根据假定的初始位置和方向，使用移动终端的惯性导航传感器输出的数据，以惯性导航算法计算轨迹中的推知位置和推知方向；在卫星定位系统成功定位之时，计算定位结果和推知位置、推知方向的差值，以该差值修正轨迹中各数据点的位置和方向，从而使得用户可以得到卫星定位系统成功定位之前的准确轨迹。

进一步地，在开始定位时刻先进行WIFI定位或基站定位，将所得到定位结果作为初始位置，可以使初始位置与之后卫星定位系统所得到位置比较接近，可能认为具有相同的地磁强度，从而使得空窗期以惯性导航方式计算的轨迹点更为精确。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施方式中一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法。图1是该卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法的流程示意图。

需要说明的是，在本发明的各实施方式中，卫星定位系统可以是北斗卫星导航系统(BDS)、美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILE，等。

具体地说，如图1所示，该卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法包括以下步骤：

在步骤101中，获取移动终端在开始定位时刻T0的假定的初始位置P0和初始方向D0。

此后进入步骤102，根据移动终端中惯性导航传感器输出的数据、P0和D0，计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt，其中，Tk在T0之后Tt之前，t为整数，k为大于0小于t的整数。

优选地，在步骤102中，导航传感器包括以下之一或其任意组合：

陀螺仪，加速度传感器，磁力计，气压计。

更进一步地，优选地，在步骤102中，使用惯性导航算法实现Pk、Dk、Pt和Dt的计算。

此后进入步骤103，获取Tt时刻卫星定位系统对移动终端的定位结果中的实测位置Pn和实测方向Dn。

此后进入步骤104，计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的角度差值Ed。

进一步地，优选地，在步骤104中，Ep＝Pn-Pt。Ed＝Dn－Dt。

此后进入步骤105，根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk，以作为空窗期内轨迹中的点。

进一步地，优选地，在步骤105中，在时刻Tk，修正后的位置＝Pk+Ep，修改后的方向＝Dn+Ed。

此外，可以理解，在一个实施方式中，位置包括经度坐标，纬度坐标和高度坐标。在另一个实施方式中，位置包括经度坐标，纬度坐标。两个位置相减指两个位置的对应坐标分别相减，例如两个位置的经度坐标相减，两个位置的纬度坐标相减。一个位置加上一变量，指这个位置的各个坐标分别加上这个变量中相应的值，例如位置Pk的两个坐标为(Xk，Yk)，变量Ep为(Xp，Yp)，Pk+Ep为(Xk+Xp，Yk+Yp)。方向是矢量，两个方向相加或相减即两个方向矢量的相加或相减。

此后结束本流程。

进一步地，优选地，该卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法还可以包括下步骤：

在开始定位时刻进行WIFI定位或基站定位。

将WIFI定位或基站定位的结果作为P0。

通过WIFI或移动通信系统的基站先确定一个近似点，以作为起始点。

此外，可以理解，在一个实施方式中，假定的初始位置P0和初始方向D0可以是预先设定的值，如P0为(0，0)，D0为0度。

在一个实施方式中，以移动终端最近一次定位的结果作为初始位置。

在一个实施方式中，以随机生成初始方向。

在一个实施方式中，直接从陀螺仪的数据推知初始方向。

在一个实施方式中，利用方向传感器来大概推算初始方向。

在开始定位时刻先进行WIFI定位或基站定位，将所得到定位结果作为初始位置，可以使初始位置与之后卫星定位系统所得到位置比较接近，可能认为具有相同的地磁强度，会根据移动终端当前大致位置区域的一些地磁情况选择不同的算法模型，从而使得空窗期以惯性导航方式计算的轨迹点更为精确。

在本实施方式中，卫星定位系统以GPS系统为例进行说明。

在GPS首次定位之前可以假设一个起始点以及初始方向来推导记录中间时间段轨迹，然后在GPS首次成功定位后反向推导出空窗期的轨迹。

为了在GPS首次成功定位后能最快速推导出之前的轨迹，在空窗期内根据假设起始点位置以及初始方向直接算出中间时间段的轨迹和方向，然后缓存下来，再利用推导出的最终经纬度，方向和首次GPS成功定位后的经纬度，方向来对比修正之前假设推导的轨迹误差。

GPS成功定位后，对空窗期的数据进行了修正，此后可以结合地图(如道路情况)进一步地修正轨迹点位置，例如匹配到道路上，以进一步提高数据的准确性。举例来说，可以设置一个阈值，在最后定位成功后会去进行之前算出的轨迹偏移纠正。针对轨迹中的每个点去判断，如果发现若干个连续点在阈值范围内都处于同一条道路，可以认为这些点都在这条道路上。

在空窗期内，根据假定的初始位置和方向，使用移动终端的惯性导航传感器输出的数据，以惯性导航算法计算轨迹中的推知位置和推知方向。在卫星定位系统成功定位之时，计算定位结果和推知位置、推知方向的差值，以该差值修正轨迹中各数据点的位置和方向，从而使得用户可以得到卫星定位系统成功定位之前的准确轨迹。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第二实施方式涉及一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置。图2是该卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置的结构示意图。

具体地说，如图2所示，该卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置包括：

预设单元，用于获取移动终端在开始定位时刻T0的假定的初始位置P0和初始方向D0。

推算单元，用于根据移动终端中惯性导航传感器输出的数据、P0和D0，计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt，其中，Tk在T0之后Tt之前，t为整数，k为大于0小于t的整数。

在本实施方式中，优选地，导航传感器包括以下之一或其任意组合：

陀螺仪，加速度传感器，磁力计，气压计。

推算单元在计算移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt时，使用惯性导航算法实现Pk、Dk、Pt和Dt的计算。

实测单元，用于获取Tt时刻卫星定位系统对移动终端的定位结果中的实测位置Pn和实测方向Dn。

差值计算单元，用于计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的角度差值Ed。

差值计算单元，在计算Pn与Pt的位置差值Ep，和Dn与Dt的角度差值Ed时，Ep＝Pn-Pt。Ed＝Dn－Dt。

修正单元，用于根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk，以作为空窗期内轨迹中的点。

修正单元，根据位置差值Ep和角度差值Ed修正Pk和Dk，在时刻Tk，修正后的位置＝Pk+Ep，修改后的方向＝Dn+Ed。

此外，可以理解，在一个实施方式中，位置包括经度坐标，纬度坐标和高度坐标。在另一个实施方式中，位置包括经度坐标，纬度坐标。两个位置相减指两个位置的对应坐标分别相减，例如两个位置的经度坐标相减，两个位置的纬度坐标相减。一个位置加上一变量，指这个位置的各个坐标分别加上这个变量中相应的值，例如位置Pk的两个坐标为(Xk，Yk)，变量Ep为(Xp，Yp)，Pk+Ep为(Xk+Xp，Yk+Yp)。方向是矢量，两个方向相加或相减即两个方向矢量的相加或相减。

此外，优选地，该卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置还包括：

定位单元，用于在开始定位时刻进行WIFI定位或基站定位。

预设单元，将定位单元的WIFI定位或基站定位的结果作为P0。

此外，可以理解，在一个实施方式中，假定的初始位置P0和初始方向D0可以是预先设定的值，如P0为(0，0)，D0为0度。

在一个实施方式中，以移动终端最近一次定位的结果作为初始位置。

在一个实施方式中，以随机生成初始方向。

在开始定位时刻先进行WIFI定位或基站定位，将所得到定位结果作为初始位置，可以使初始位置与之后卫星定位系统所得到位置比较接近，可能认为具有相同的地磁强度，从而使得空窗期以惯性导航方式计算的轨迹点更为精确。

在空窗期内，根据假定的初始位置和方向，使用移动终端的惯性导航传感器输出的数据，以惯性导航算法计算轨迹中的推知位置和推知方向。在卫星定位系统成功定位之时，计算定位结果和推知位置、推知方向的差值，以该差值修正轨迹中各数据点的位置和方向，从而使得用户可以得到卫星定位系统成功定位之前的准确轨迹。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取移动终端在开始定位时刻T0的假定的初始位置P0和初始方向D0；

根据所述移动终端中惯性导航传感器输出的数据、所述P0和所述D0，计算所述移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt，其中，Tk在所述T0之后Tt之前，t为整数，k为大于0小于t的整数；

获取所述Tt时刻卫星定位系统对所述移动终端的定位结果中的实测位置Pn和实测方向Dn；

计算所述Pn与所述Pt的位置差值Ep，和所述Dn与所述Dt的角度差值Ed；

根据所述位置差值Ep和角度差值Ed修正所述Pk和所述Dk，以作为所述空窗期内轨迹中的点。

2.根据权利要求1所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，其特征在于，所述导航传感器包括以下之一或其任意组合：

陀螺仪，加速度传感器，磁力计，气压计。

3.根据权利要求1所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，其特征在于，所述“计算所述移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt”的步骤中，使用惯性导航算法实现Pk、Dk、Pt和Dt的计算。

4.根据权利要求1所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，其特征在于，所述“计算所述Pn与所述Pt的位置差值Ep，和所述Dn与所述Dt的角度差值Ed”的步骤中Ep＝Pn-Pt；Ed＝Dn－Dt；

所述“根据所述位置差值Ep和角度差值Ed修正所述Pk和所述Dk”的步骤中，在时刻Tk，修正后的位置＝Pk+Ep，修改后的方向＝Dn+Ed。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录方法，其特征在于，还包括下步骤：

在开始定位时刻进行WIFI定位或基站定位；

将WIFI定位或基站定位的结果作为P0。

6.一种卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，其特征在于，包括：

预设单元，用于获取移动终端在开始定位时刻T0的假定的初始位置P0和初始方向D0；

推算单元，用于根据所述移动终端中惯性导航传感器输出的数据、所述P0和所述D0，计算所述移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt，其中，Tk在所述T0之后Tt之前，t为整数，k为大于0小于t的整数；

实测单元，用于获取所述Tt时刻卫星定位系统对所述移动终端的定位结果中的实测位置Pn和实测方向Dn；

差值计算单元，用于计算所述Pn与所述Pt的位置差值Ep，和所述Dn与所述Dt的角度差值Ed；

修正单元，用于根据所述位置差值Ep和角度差值Ed修正所述Pk和所述Dk，以作为所述空窗期内轨迹中的点。

7.根据权利要求6所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，其特征在于，所述导航传感器包括以下之一或其任意组合：

陀螺仪，加速度传感器，磁力计，气压计。

8.根据权利要求6所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，其特征在于，所述推算单元，在计算所述移动终端在时刻Tk的推知位置Pk和推知方向Dk，和卫星定位系统首次成功定位之时Tt的推知位置Pt和推知方向Dt时，使用惯性导航算法实现Pk、Dk、Pt和Dt的计算。

9.根据权利要求6所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，其特征在于，所述差值计算单元，在计算所述Pn与所述Pt的位置差值Ep，和所述Dn与所述Dt的角度差值Ed时，Ep＝Pn-Pt；Ed＝Dn－Dt；

所述修正单元，根据所述位置差值Ep和角度差值Ed修正所述Pk和所述Dk，在时刻Tk，修正后的位置＝Pk+Ep，修改后的方向＝Dn+Ed。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的卫星定位系统首次成功定位之前的空窗期内轨迹记录装置，其特征在于，还包括：

定位单元，用于在开始定位时刻进行WIFI定位或基站定位；

所述预设单元，将所述定位单元的WIFI定位或基站定位的结果作为P0。

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