[发明专利]使用来自移动装置上的惯性导航系统的噪声信号的运动方向的确定

说明书

背景技术

各种移动装置为用户提供基于位置的服务(LBS)。这些移动装置包括先进的移动电话、掌上电脑、上网本以及平板电脑。能够保持跟踪这些移动装置的位置可增强许多应用。因此，LBS迅速成为用于广泛的移动应用(例如位置定位、位置导航、位置感知搜索、商务以及广告，仅仅列举一些)的下一代普遍技术。但是，目前的LBS技术仍存在一些不足。一个问题是缺少室内定位和导航的支持。虽然GPS信号可用于提供精确的室外定位，但这在室内环境和城市峡谷中通常是不可行的。另外，GPS可能需要较长的第一次定位时间，延迟了装置位置的确定。另一个问题是移动装置接收GPS和WiFi信号时的能耗可过高以至于无法维持连续使用。

移动装置(例如上述的那些移动装置)可利用惯性导航系统(INS)来帮助检测装置的位置和运动的方向。INS已被用在汽车、飞机和宇宙飞船中以计算获取车辆的位置。这种车辆的开发者可以承受使用昂贵的、高质量的并且精确校准的INS以获取精确的运动信号。这些技术可支持连续的实时定位服务，即使外部定位信号是断续的。相反地，由于形状因子和成本问题，在手持移动装置中通常使用基于微机电系统(MEMS)的INS装置。基于MEMS的INS装置需要是小型的并且便宜的，因为手持移动装置通常是小型的并且便宜的。

然而，基于MEMS的INS部件可能不如应用在高端车辆中的INS装置精确。例如，MEMS指南针的读数可能有大约20至30度的偏差。基于MEMS的加速度计可能遭受轴失准、随机噪声以及零点偏移。与基于MEMS的INS部件相关联的噪声和其他误差可能对位置估计产生不利影响。因此，许多依赖精确读数以计算速度和位置的传统技术可能无法用于手持移动装置的INS。

发明内容

本发明的一方面通过分析用户的振动能量，在低质量的充满噪声的INS信号的情况下提取可靠的移动方向。例如，当移动装置自身相对于用户的运动而运动时，由移动装置上的INS单元确定用户的运动的方向。更具体地，移动装置关于用户的运动可以是非静止的。例如，移动装置不需要被用户的身体部分稳定地握住或者固定在用户的身体部分上。相反地，移动装置自身可以在运动中，例如，在摆动的手中，在钱包中，或在口袋中。与这个运动相关联的振动能量用于确定相对移动方向。

根据一方面，提出一种确定移动装置的运动方向的方法。所述方法包括：接收与所述移动装置相关联的多个加速度读数；对所述接收到的加速度读数进行高通滤波以获取高频分量；由所述高频分量确定振动能量；以及基于所述确定出的振动能量确定所述移动装置的运动的主要方向。

在一个示例中，所述方法进一步包括对所述确定出的振动能量进行低通滤波以获取平滑数据。此处，确定所述运动的主要方向包括评估所述平滑数据以确认运动的最可能方向。在另一个示例中，使用陀螺仪以及多轴加速度计生成所述多个加速度读数。在进一步示例中，所述方法包括在接收所述多个加速度读数之前，校准所述多轴加速度计。在一个可选示例中，校准所述多轴加速度计包括：计算来自选定的时间窗上的所述多轴加速度计的加速度读数的平均值；确定偏置和比例因子；以及利用所述偏置和所述比例因子进行代价函数处理。

在另一个示例中，所述高频分量与所述移动装置相对于用户的运动生成的摇摆能量相关联。在进一步示例中，根据以下等式确定所述振动能量：其中，A_energy是表示所述振动能量的矢量，A_high是所述高频分量。

在又另一个示例中，确定所述运动的主要方向包括进行信号融合以消除运动的可选(alternative)方向。在这种情况下，进行所述信号融合可包括评估无线信号和与室内位置相关联的地图信息。

在另一个示例中，如果确定所述运动的主要方向为恒定的垂直能量，所述方法进一步包括确认所述移动装置正在改变高度。

根据本发明的另一方面，一种装置包括用于存储移动装置数据的存储器以及联接至所述存储器的处理器。所述处理器用于：接收与移动装置相关联的多个加速度读数并将所述加速度读数存储到所述存储器中作为所述移动装置数据的至少一部分；对所述接收到的加速度读数进行高通滤波以获取高频分量；由所述高频分量确定振动能量；以及基于所述确定出的振动能量确定所述移动装置的运动的主要方向。