[发明专利]导航系统初始化系统、方法和配置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月23日提交的美国临时专利申请序列号61/254,379的优先权的权益，该专利的全文以引用方式并入本文。

背景技术

技术领域

本发明大体上涉及包括个人导航系统的导航和/或位置跟踪领域，并且具体地讲，涉及导航系统初始化(initialization)和部署(deployment)系统、方法和配置。

相关领域描述

本发明大体上涉及确定移动人员的位置的装置、系统和方法，并且具体地讲，涉及确定户外危险条件下和/或一个或多个结构内的工作人员的位置的装置、系统和方法。

现已开发个人导航和跟踪系统以用于任何数量的应用中。在一个实例中，个人导航和跟踪系统可用于军事应用中，以跟踪和指示军事人员在军事实践演习期间和/或军事战地环境中的移动。在另一个实例中，个人导航和跟踪系统可用于现场服务应用中，以跟踪已被派遣到现场的现场服务人员和/或车队。在另一个实例中，个人导航和跟踪系统可用于第一响应者应用中，以跟踪和指示例如犯罪或事故现场的执法人员、事故或火灾现场的消防人员和/或事故现场的急救医疗服务(EMS)人员的位置。

消防人员、第一响应者和军事人员在世界上最危险的环境中从事世界上最危险的职业。消防人员可轻易迷失方向或走散，因为大部分消防在烟雾导致的零能见度下进行。第一响应者不断地使其身处危险之中，这有时会使其被困或致失去能力。军事人员每天都会面临危险情况，并且知道每个士兵的位置、是否要执行常规任务或是否处于敌军火力下对指挥官而言将极其重要。在所有情况下，存在这样的实例，其中通过提供关于需要其他人员援助的人员的位置信息以相对迅速地找到该人员的定位系统可能已防止死亡事故或可能已减轻伤度。

在人员处于户外的情况中，全球定位系统(GPS)的装置和解决方案可例如用于将此类人员大致定位。然而，当在结构内使用GPS装置时，多路传播问题会使GPS装置信号差和结果不准确。此外，GPS装置无需进行大量处理通常可精确到大约±3米。虽然对于将户外人员和物体定位而言，可以接受该偏差，但结构内的3米偏差可例如使救援队被派遣至该结构内的错误的楼层，从而浪费救援任务中宝贵的时间。如同GPS装置，采用例如射频能量、超声能量和/或红外线能量的一些定位装置在结构内使用时可能存在多路传播问题，从而导致大量偏差。

相对于第一响应者应用，消防人员则由于缺乏有效的室内导航和跟踪系统而丧生。因此，特别关注于开发供室内使用的有效的导航和跟踪系统。传统的室内(诸如建筑内)导航系统通常成本高昂或无效。例如，与建筑内射频标识物的安装场地相关的安装和操作成本是不易克服的巨大障碍。此外，射频导航信号(诸如卫星导航系统使用的信号)在建筑内的不良接收排除了其广泛接受性。

更具体地讲，室内环境为实现导航和跟踪系统带来特殊的挑战。例如，室内环境中的信号传输的特征可能在于：存在反射、衰减、低信噪比和信号多路效应；所有这些同时可降低跟踪精度且可抑制信号采集。另外，多层建筑带来其它跟踪障碍，因为这些建筑需要三维定位。

一种类型的导航系统为惯性导航系统(INS)，其为使用计算机和运动传感器以经由航位推算来连续计算运动物体的位置、方向和速度而无需外部参考物的助航设备。惯性导航系统用于不同的多个运动物体，包括车辆、飞机、潜水艇、宇宙飞船和导弹。然而，其部件尺寸、成本和复杂性对INS实际使用的环境造成限制。

INS包括至少计算机和具有加速度计、陀螺仪或其它运动传感装置的平台或模块。典型的INS最初通过另一个来源(人工操作员、GPS卫星接收器等)来提供其位置和速度，并在此后通过整合从运动传感器接收的信息来计算其自身的更新位置和速度。INS的优点在于，其一旦被初始化，就无需外部参考物便可确定其位置、方向或速度。

初始化和部署方法表示使用INS中的一个关键部件，诸如安装在靴子上的INS个人导航系统，其中在给定环境中可跟踪多个用户。例如，如果多个响应者将进入建筑或结构，则必须以某种方式使他们相互协调，以便有效地跟踪其位置。