专利名称：生成高度的卫星导航系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及导航系统，且更具体地，涉及使用卫星导航系统产生标准高度的方法。
背景技术：
通常描绘在地形图中和物理标志中的高度为标准高度H。标准高度H表示高于平均海平面的高度，其由大地基准测量确定。标准高度系统有时可被称为正高系统(orthometric height system)或正高系统(normal height system)。
在美国，美国国家大地测量局通过采取物理测量及使用大地基准测量确定标准高度系统的高度。其他国家的政府机构也行使相似的职能，例如德国的巴登—符腾堡联邦州(Landesvermessungsamt BadenWürttemberg)的国土测量局，及瑞士的地形学联邦办公室(Bundesamtfür Landestopogaphie)。
从卫星导航系统(例如美国的全球定位系统(GPS)或俄罗斯联邦的全球轨道导航卫星系统(Glonass))获得的高度使用的高度系统不同于那些通过大地基准测量得到的高度系统。卫星导航系统的数据处理通常用于获得一个大地高h。大地高h是指在一个简单的地球椭圆体模型的上面或下面的高度，如世界大地测量坐标系统1984(WGS84)地球椭圆体模型。
因为使用了不同的高度系统，一个位置由卫星导航系统显示的大地高h可能会和同样位置用印制地图显示的标准高度H相差50米。这个差别可能会在使印制地图提供的高度和卫星导航系统提供的高度相一致时出现问题。尽管很多车辆导航系统包括数字地图，但是在离开道路或者在数字地图外的区域行驶时，这一高度差会是个问题。
为了将大地高h转换为标准高H，需要波动值N。大地高和标准高系统之间的关系可以由等式表示成h＝H+N。大地高和标准高之间的精确转换需要与已测量高度数据准确度相当的高分辨率波动N模型。这种模型的两个例子是美国的GEOID96模型和德国的DigitaleFinite Element Hhenbezugsflche(DFHBF)模型。
需要在车辆中提供用来指示位置的标准高度H的卫星导航系统。还需要在车辆中提供用于提供路段标准高度H的卫星导航系统。此外，需要在车辆中提供卫星导航系统，当车辆在路上时该卫星导航系统可提供路段的标准高度H，而当车辆不在路上时可为离开道路的位置提供标准高度H。

发明内容
提供了一种车辆卫星导航系统，用来生成车辆所处地理位置的标准高度。该系统可包括卫星接收器，例如GPS接收器或者Glonass接收器，其能够从导航卫星接收无线电信号。卫星接收器可以生成特定区域的位置数据。该位置数据可包括经度、纬度和大地高。
系统也可包括数据存储装置。数据存储装置可存储地理区域的波动值。波动值可存储在波动栅格模型或者数字地图中。波动值可与波动栅格模型中的点或者数字地图中的代表路段的矢量相联系。
系统进一步包括处理器。处理器连接到卫星接收器和数据存储装置。处理器可从卫星接收器接收位置数据，并且从数据存储装置检索与该位置相关联的波动值。处理器也可计算该位置的标准高度值。该位置的标准高度值可以作为大地高度值和波动值的函数来计算。
参看附图和具体说明，本发明的其它系统、方法、特正和优点对本领域的技术人员会很明显。所有这样的其它系统、方法、特征和优点都应包括在说明中，包括在本发明的范围内，并且受到所附权利要求的保护。


参考附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定是按比例绘制，重点是为了说明本发明的原理。而且，在图中，所有不同视图中相同的附图标记表示相应的部分。
图1是车辆卫星导航系统的功能框图；
图2是说明在执行高度转换应用指令时卫星导航系统处理器的运行的流程图；图3是说明在执行导航应用指令时卫星导航系统处理器的运行的流程图；图4示出了带有车辆卫星导航系统的车辆。
具体实施例方式
图1是示例性车辆卫星导航系统100的系统水平框图。该车辆卫星导航系统100可包括卫星接收器110、处理器130、显示器112、和数据存储装置140。卫星接收器110可以从导航卫星接收无线电信号，并确定作为无线电信号的函数的位置P的纬度x、经度y、和大地高度h。车辆导航系统100可用于汽车、卡车、公共汽车、火车、摩托车、自行车等等。
该位置P被表示为P(x，y，h)，其中x是纬度，y是经度，z是位置P的高度。位置P(x，y，h)的高度h可以是大地高h，其是高于或低于地球简单椭圆模型的高度。例如，卫星接收器110可以是GPS接收器或Glonass接收器。
卫星接收器110可包括天线124。天线124可以在卫星接收器110的运行频率范围内接收无线电波。例如，天线可以是GPS天线或者Glonass天线。
数据存储装置140可存储波动值和数字地图142。可选地，车辆卫星导航系统100也可以不具备地图功能，在这种情况下可省略数字地图142。波动值可以在波动栅格模型146中和/或作为数字地图142的一部分存储在数据存储装置140中。数据存储装置140可包括例如硬盘驱动器、光盘驱动器、数字通用磁盘驱动器、小型磁盘驱动器、软盘驱动器、智能卡驱动器、存储棒驱动器、盒式存储器驱动器、闪存驱动器等存储媒介。
波动栅格模型146可包括位置P(X，Y)在一个地理区域的一组高度波动值N(X，Y)，其中X是在该区域的一组纬度值x，而Y是在该区域的一组经度值y。每个波动值N(x，y)与X和Y组成分的特定组合相关联，使得N(x，y)表示位置P(x，y)的波动值。组N(X，Y)的波动值可包括例如由GEOID96模型或DFHBF模型得来的数据。
如在车辆导航系统中常见的，数字地图142可包括代表道路系统的矢量。数字地图142可能包括若干矢量VX，其中每个矢量VX代表一个路段SX。路段SX的位置和高度一般是静态的。所以，对于路段SX并非是动态地计算波动值NX，而是可预先计算(例如，在“预处理”数字地图142时)存储在数字地图142中的路段SX的波动值NX。对于每个路段SX，值NX可作为表示路段SX的矢量VX的附加属性而存储在数字地图142中。
处理器130可对位置P(x，y)识别和检索波动值，并且生成位置P(x，y)的标准高度。处理器130可包括导航应用132和高度转换应用134。导航应用132可包括使处理器130基于当前位置P(x，y)从矢量VX识别和检索波动值NX的指令。导航应用132还可包括使处理器130生成作为NX的函数的位置的标准高度的指令。
处理器130可包括微处理器或者微控制器，例如英特尔奔腾微处理器、Sun SPARC微处理器、摩托罗拉微处理器等等。尽管在图中处理器130与数据存储装置140分离，但处理器130和数据存储装置140也可以整体形成为单个的单元。
导航应用132和高度转换应用134可存储在处理器130的存储器135中。可选地，制成的产品136可有形地包含导航应用132和高度转换应用134。制成的产品136可以是程序存储装置，例如磁性存储装置、光学存储装置、或者电磁存储装置。例如，制成的产品136可以是光盘、数字通用磁盘、小型磁盘、软盘、智能卡、存储棒、存储盒、闪存装置等。
可选地，电磁信号137可包括导航应用132和高度转换应用134。电磁信号137可以是通过空间传播的调制载波、通过空间或者光纤导体传播的光波、通过电导体传播的电信号等等。例如，电磁信号137可以是由接入点传播到车辆卫星导航系统100的无线局域网信号。此外，电磁信号137可以是由支持蓝牙功能的计算机传播的蓝牙信号，或者是由无线服务提供商传播的第三代(3G)信号。另外，电磁信号137可以是发光二极管或者光纤计算机的激光器发出的光波。电磁信号137也可以是来自遵从一些通讯标准的计算机的电信号，例如RS-232信号、RS-488信号、IEEE802信号、IEEE1394信号等等。
导航应用132和高度转换应用134可具体实现为由处理器130执行的一个或者多个指令程序。处理器130可以执行一个或者多个直接来自制成的产品136或者电磁信号137的指令程序。可选地，处理器可以从制成的产品136或者电磁信号137读取指令，并在执行前将指令存储在存储器135中。
类似地，由数据存储装置140存储的波动值可被存储在存储器147中，从制成的产品148中被读取，或者从电磁信号149读取。例如，数据存储装置140在进入一个地理区域时可通过电磁载波149获取数字地图142和/或波动栅格模型146。电磁载波149可以是电磁信号137，或实际上与上述关于电磁信号137的那些相似的电磁信号。
此外，制成的产品148和制成的产品136可以是同样的物理装置。同样，电磁信号137和电磁信号149可以是同样的信号。可选地，可以有超过一个的物理装置包括制成的产品148或制成的产品136。也可以有超过一个的信号包括电磁信号137或电磁信号149。
在工作中，卫星接收器110可从导航卫星接收无线电波(信号)，并生成车辆卫星导航系统100的当前位置P(x，y，h)。位置P(x，y，h)的高度h可以是大地高h。处理器130可以将位置P(x，y，h)的大地高h转换为位置P(x，y，h)的标准高度H。
图2是说明当执行高度转换应用134的指令时处理器130运行的流程图。在步骤202中，指示位置P(x，y，h)的位置信号可由处理器130从卫星接收器110通过信号通道114接收。
在步骤204，处理器130可以从波动栅格模型146检索与位置P(x，y，h)的纬度x和经度y对应的波动值N(x，y)。在步骤206，处理器130可以将位置P(x，y，h)的大地高h转换为标准高度H。处理器130可以通过从大地高h中减去波动值N(x，y)计算标准高度H。波动值N(x，y)可以表示为正数或者负数，所以这里使用的术语“减去”可以是指加上一个负数，或减去一个正数。
在步骤208，处理器130可生成指示位置P(x，y，h)的标准高度H的显示信号。处理器130可以将显示信号通过信号通道116传送到显示器112。这样，位置P(x，y，h)的标准高度H可能被传达给用户。
图3是说明当导航应用132包括执行指令时处理器130运行的流程图。在步骤302，指示位置P(x，y，h)的位置信号可由处理器130从卫星接收器110通过信号通道114被接收。在步骤304，处理器130可确定并检索代表接近位置P(x，y，h)的路段SX的矢量VX，并从矢量VX读取波动值NX。在处理地图142时，存在于一个以上栅格的任何路段SX可以被分为多段，使每个矢量VX仅包括一个波动值NX。
在步骤306，处理器130可以将位置P(x，y，h)的大地高h转换为标准高度H。处理器130可通过从大地高h减去波动值NX来计算标准高度H。在步骤308，处理器130可生成指示位置P(x，y，h)的标准高度H的显示信号。处理器130可以将显示信号通过信号通道116传送到显示器112。这样，位置P(x，y，h)的标准高度H可被传达给用户。
在运行中，当当前位置P(x，y，h)是“在路上”，或者非常靠近道路时，处理器130可执行导航应用132。但是，当当前位置P(x，y，h)是“离开道路”，或者不靠近道路，处理器130可执行高度转换应用134。这使得在可用的时候显示出地图等，而在离开道路运行时显示出标准高度H。
图4图示说明了带有示例性汽车卫星导航系统100的车辆150。车辆150连接有卫星接收器110、处理器130、显示器112、和数据存储装置140。显示器112优选安装在车辆150的乘客舱中，位于可被司机看见的位置，例如仪表板上。
处理器130和数据存储装置140可例如安装在车辆150的仪表板后面或者座位下面。可选地，数据存储装置140使用某些形式的可移动媒介(例如光盘)，数据存储装置140优选安装在车辆150中司机可以触及的位置，例如仪表板。
卫星接收器110可例如安装在车辆150的行李箱中。天线124可安装在车辆外，或者安装在车辆150内位于空中无线电频率不受阻碍的位置。图4仅仅是说明性的，并不是对发明进行任何方式的限制。
尽管描述了本发明的各种实施例，但对本领域技术人员来说很明显在本发明的范围内还有更多的实施例和实现方式。因此，本发明仅受所附权利要求及其等同物的限制。
权利要求
1.一种用来确定位置的标准高度的车辆卫星导航系统，该系统包括卫星接收器，其可从导航卫星接收无线电信号，并且生成所述车辆的位置作为无线电信号的函数；数据存储装置，其可用来存储所述位置的波动值；和处理器，其连接到所述卫星接收器和所述数据存储装置；其中所述位置具有大地高度值，并且所述处理器可生成所述位置的标准高度值，作为所述大地高度值和所述波动值的函数。
2.如权利要求1所述的车辆卫星导航系统，包括以具有所述波动值的矢量表示路段的数字地图，其中所述数据存储装置包括所述数字地图。
3.如权利要求2所述的卫星导航系统，包括具有所述波动值的高度栅格模型，其中所述数据存储装置包含所述高度栅格模型。
4.如权利要求1所述的汽车卫星导航系统，包括有所述波动值的高度栅格模型，其中所述数据存储装置包括所属高度栅格模型。
5.如权利要求1所述的车辆卫星导航系统，包括以矢量和包含所述波动值的高度栅格模型表示路段的数字地图，其中所述数据存储装置包括所述数字地图和所述高度栅格模型。
6.一种确定车辆位置的标准高度的方法，所述方法包括从导航卫星接收无线电信号；作为无线电信号的函数确定车辆位置的经度、纬度和大地高；检索已存储的波动值；和生成所述车辆位置的标准高度，作为所述大地高度值和所述波动值的函数。
7.如权利要求6所述的方法，其中已存储波动值包括一个区域的一组波动值。
8.如权利要求7所述的方法，其中检索所述波动值包括根据车辆位置的经度和纬度从所述一组波动值中识别波动值。
9.如权利要求6所述的方法，还包括为后来的检索存储波动值的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其中为后来的检索存储波动值的步骤包括存储具有波动值的波动栅格模型，其中波动栅格模型中的每个波动值与一个区域相关联。
11.如权利要求6所述的方法，其中生成车辆位置的标准高度包括从所述大地高度中减去已存储波动值。
12.如权利要求6所述的方法，其中生成车辆位置的标准高度包括向所述大地高加上所述已存储波动值。
13.一种确定车辆位置的标准高度的方法，该方法包括从导航卫星接收无线电信号；确定所述车辆位置的经度、纬度和大地高，作为所述无线电信号的函数；基于所述车辆位置的所述经度和所述纬度，从一组存储在数字地图中的波动值里检索一个波动值；和生成所述车辆位置的标准高度，作为所述大地高和所述波动值的函数。
14.如权利要求12所述的方法，还包括存储所述数字地图的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中存储数字地图包括存储表示路段的矢量，并将所述一组波动值中的一个波动值与所述矢量相联系。
16.如权利要求14所述的方法，其中存储数字地图包括存储包含所述一组波动值的高度栅格模型。
17.如权利要求16所述的方法，其中存储数字地图包括将所述一组波动值中的波动值子集与所述矢量相联系。
18.如权利要求13所述的方法，其中生成所述位置的标准高度包括将所述波动值和所述大地高相结合。
19.一种制造产品，其包括其中具有指令程序的程序存储装置，该指令程序用来使车辆导航系统确定车辆位置的标准高度，所述制造产品中的指令程序包括使所述车辆导航系统从导航卫星接收无线电信号的指令；使所述车辆导航系统确定作为所述无线电信号的函数的所述车辆位置的经度、纬度和大地高；使所述车辆导航系统检索已存储波动值的指令；和使所述车辆导航系统生成作为所述大地高和所述波动值的函数的所述车辆位置的标准高度。
20.如权利要求19所述的制造产品，其中所述程序存储装置选自包括磁性存储装置、光学存储装置和电磁存储装置的组。
21.如权利要求19所述的制造产品，其中所述指令程序包括使所述车辆导航系统存储一个区域的数字地图的指令，其中所述数字地图包括所述一组波动值。
22.一种其中带有指令程序的电磁信号，用来使车辆导航系统确定车辆位置的标准高度，所述指令程序包括使所述车辆导航系统从导航卫星接收无线电信号的指令；使所述车辆导航系统确定作为所述无线电信号的函数的所述车辆位置的经度、纬度和大地高的指令；使所述车辆导航系统检索已存储波动值的指令；和使所述车辆导航系统生成作为所述大地高和所述波动值的函数的所述车辆位置的标准高度的指令。
23.如权利要求22所述的电磁信号，还包括存储电子地图的步骤。
24.如权利要求23所述的电磁信号，其中存储电子地图包括存储表示路段的矢量，并将所述波动值和所述矢量相联系。
25.一种车辆卫星导航系统，用来确定一个位置的标准高度，所述系统包括卫星接收器，其可从导航卫星接收无线电信号，并且生成所述车辆的位置，作为所述无线电信号的函数；存储所述位置的波动值的装置；实现指令程序的装置；和处理器，其连接到所述卫星接收器、所述存储装置和所述实现装置；其中所述位置具有大地高度值，并且所述处理器可执行所述指令程序，以生成所述位置的标准高度，作为所述大地高度值和所述波动值的函数。
全文摘要
提供了一种车辆卫星导航系统，用来生成车辆所处地理位置的标准高度。该系统包括卫星接收器(100)，其可以产生位置数据作为从导航卫星所接收的信号的函数。该位置数据可包括经度、纬度和大地高。系统将地理区域的波动值存储在波动栅格模型(146)或数字地图中。该系统可确定位置的近似波动值，并为该位置计算标准高度。
文档编号G01C21/00GK1751225SQ03825960
公开日2006年3月22日 申请日期2003年2月11日 优先权日2003年2月11日
发明者C·布吕埃勒-德鲁兹 申请人:哈曼贝克自动系统股份有限公司