CN1866047A - 带信号接收器的便携式电子器件和确定该器件位置的方法 - Google Patents

Abstract

便携式电子器件优选是可佩戴在用户手腕上的手表(1)。该手表包括可接收信号的射频信号接收器、磁罗盘、用于处理接收器和罗盘所提供的数据的微处理器数据处理单元、以及存储与卫星相关数据的存储装置。罗盘设置成可为数据处理单元提供方位信号。这样，该处理单元就可以控制用于指示方向(7，7’，7”)的装置，以便为用户指示搜索可见卫星的优选方位。这些指示装置由表盘(8)上的时间指针(7)组成。基于年历及天文历数据、时间数据和方位信号，处理单元可计算优选方位。处理单元还基于来自罗盘的方位信号自动地设置所述接收器，以便在器件处于数据读取位置时，搜索并追踪未被用户身体遮挡的可见卫星。

Description

带信号接收器的便携式电子器件和确定该器件位置的方法

技术领域

本发明涉及一种便携式电子器件，其包括射频接收器和磁罗盘。这种器件能够象手表一样佩戴在用户的手腕上，从而为其提供方向或位置数据。接收器包括用于接收和整形处理卫星射频信号的装置，以及若干用于搜索并追踪若干可见卫星的相关信道。这种器件还包括用于处理接收器和罗盘所提供的数据的微处理器数据处理单元，以及存储装置。与卫星相关的年历和天文历数据也存储在该存储装置中。

本发明还涉及一种用于利用佩戴在用户手腕上的电子器件来确定位置的方法。

背景技术

电子器件的射频信号接收器可用于例如GLONASS或GALILEO或GPS类型的卫星导航***中。

电子器件的射频信号接收器可以是GPS类型，其中射频信号接收和整形装置产生中间信号，该中间信号进行频率转换而用于相关级。该相关级由若干个用于接收中间信号的相关信道组成，以便将其与载波频率以及从卫星上复制的待搜索和追踪的特定代码关联起来。优选的是，接收器可包括比用于位于地球上的用户所佩戴的电子装置的可见卫星数量更多的相关信道。

在GPS***的情况下，任何射频信号接收器可接收来自轨道上的卫星的GPS信号。当其中一个卫星位于顶点时，接收器和可见卫星之间的地面距离可以在20,000km之间，而当其中一个卫星位于地球地面的切点上、即位于水平方向上时，它们之间的距离为26,000km。

目前，在高于地球地面大约20,200km距离的轨道上放置了30颗卫星，其位于6个轨道面上，各轨道面相对于赤道倾斜55°。卫星在轨道上完成一次旋转而返回到地球上方的相同位置所花费的时间大约是12小时。轨道中的卫星分布允许地面GPS接收器接收来自例如至少四个可见卫星的GPS信号，以确定例如其位置、速度和当地时间。GPS信号中的GPS信息包含特别是用于计算X，Y和Z位置、速度和当地时间的天文历和年历数据。

所有这些已知的天文历和年历数据都存储在便携式电子器件的存储装置中。这样，利用接收器的大致已知位置，就可以设置所述接收器以搜索和追踪那些在搜索时刻应该可见的卫星。

在导航***的情况下，已经知晓除了射频信号接收器之外，还使用罗盘为便携式器件的用户提供与待到达目的地相关的信息。

就此而言，可引用美国专利No 5,790,477，其公开了一种装备有GPS接收器和磁罗盘的手表。在这种手表中，必须输入和存储待到达地理目标的坐标点。为了有助于用于计算待遵循方向的操作，罗盘提供了主要与地理北方向相关的数据。在处理了GPS信号和来自罗盘的数据之后，手表的显示装置就指示到达所需目的地而需遵循的方向。

在这种情况下，罗盘仅用于手表，使其为用户提供与待采取方向相关的信息，以便到达待达到的地理位置。

国际专利申请No.WO 92/21990公开了一种作为导航***方向指示器的便携式电子器件。为了实现这一点，该器件包括GPS接收器和磁罗盘。GPS接收器和罗盘产生由处理单元进行处理的信号，以提供方向信号。便携式器件的显示屏显示指示箭头，其指示为了到达所选地理目的地而需遵循的方向。

除了为处理单元提供用于显示待到达地理位置的方向的信息之外，这种便携式电子器件的磁罗盘没有其它功能。

由于本发明的电子器件佩戴在用户的手腕上，因此当器件处于读取位置时，用户的身体可能对接收来自某些可见卫星的射频信号形成阻碍。如果用户身体遮挡了许多待搜索的可见卫星的话，这可能就会构成缺陷。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的是提供一种便携式电子器件，其装备有射频接收器以及用于辅助所述接收器的罗盘，以克服上述缺点。

因此，本发明涉及前文所引用的一种便携式电子器件，其包括在具体实施方式中所述的相关特征。

根据本发明佩戴在用户手腕上的电子器件的一个优势在于，当器件处于读取位置时，它就为用户提供了用于搜索更好可见卫星的与其身体相关的优选方位的指示。如果当器件处于读取位置时用户转过某一由优选方位指示所限定的角度，那么接收器将能够搜索并追踪更多数量的可见卫星。结果，在器件读取位置时，用户就减少了能够被其身体遮挡的可见卫星的数量，并有利于接收器位置的确定。

该电子器件优选是一种利用指针来显示时间的机电手表。这样，基于年历和天文历数据、时间数据和罗盘所提供的方位信号，处理单元就能够设置射频信号接收器，例如GPS接收器。

在位置确定模式中，当射频信号接收器接通时，指针就重叠起来或者处于相互相对的位置，以便在表盘上指示用于接收器接收最大数量可见卫星的优选方位。指针也可移动，以指示能够被搜索和追踪到的可见卫星的最大数量的范围。

射频信号接收器可与用户在器件处于读取位置时所处的方位相关联地由处理单元来自动地配置，从而只搜索并追踪未被用户身体遮挡的可见卫星。

基于罗盘所提供的方位信号的变化，处理单元就可检测到用户的任何旋转或方位变化。与用户处于器件读取位置的旋转相关的是，接收器可自动地配置或重新配置成可搜索和追踪其它可见卫星。

本发明的另一目的是提出一种利用佩戴在用户手腕上的电子器件来确定位置的方法，这种电子器件克服了前文所引用的缺点。

因此，本发明涉及一种利用前文所引用的电子器件来确定位置的方法，所述电子器件包括具体实施方式中所述的相关特征。

附图说明

在参照附图进行的以下介绍中，可以更清楚便携式电子器件以及采用该便携式电子器件进行位置确定的方法的目的、优点和特征，其中：

图1显示了佩戴着根据本发明的电子器件的用户的顶视简图，其处于所述器件的用于确定例如地理位置的读取位置，其中部分可见卫星被其身体遮挡；

图2显示了作为根据本发明的便携式电子器件的手表的顶视图，以便在平面A中显示了处于优选方位的相对位置上的时间指针的运动，并且在平面B中显示了当佩戴该器件的用户旋转时指针的运动；

图3示意性地显示了沿着图2所示手表的III-III剖线的局部剖视图；

图4示意性地显示了作为根据本发明的便携式电子器件的手表的不同电子单元。

具体实施方式

在以下描述中，将只参照手表作为能够佩戴在用户手腕上的便携式电子器件来进行介绍。这种手表的若干元件对于本领域中的技术人员而言是众所周知的，对其仅做简单介绍。当然，还可设计出除手表之外的任何装置，例如带电子元件的手镯或表带，或便携式电话，只要其在确定地理位置的操作过程中能够佩戴在手腕上或握在手中即可。

如图1中所示，在位置确定模式中，手表1放置在用户P的前面，手表1包括尤其是GPS类型的射频信号接收器以及磁罗盘。在这种模式中，由于接收器的原因，手表能够确定地理位置、速度、纬度或前进方向。该手表表盘基本上水平地放置在这个位置，以便读取佩戴在用户手腕上或握在其手中的手表所提供的数据。这就使得接收器天线的轴线定位在垂直方向上，以确定例如其地理位置，如后文中参照图3所述。

通过将手表放置在用户前面，用户就阻挡来GPS***的一部分视野。图中阴影线所示的离手表形成大约90°角度的视野场Zc就被用户身体P遮挡了。结果，某些具有例如较低海拔高度并且能够提供可被接收器读取的GPS信号的可见卫星SV就被用户身体P遮挡住。

为了确定地理位置，通常需要能够读取至少三个可见卫星。图1显示了仅仅两个卫星的GPS信号可被器件的接收器读取。结果，必须通过手表来指示用户关于其手表相对于其身体的优选方位，以便能够从足够数量的可见卫星上读取GPS信号。

由于手表包括存储有与卫星相关的年历和天文历数据的存储装置，并且由于其知道日期、小时数和用户的大致位置，因此带接收器的手表就能够确定可被读取的可见GPS卫星的相对位置。这样，微处理器处理单元可将接收器自动地设置成可搜索并追踪未被用户身体遮挡起来的可见卫星SV。

图2只显示了机电手表1的顶视图，其通常佩戴在用户的手腕(未示出)上，并且处于可以读取手表数据的位置中。

包括表带10的手表1是带有表盘8和用于指示时间的指针7的模拟型。该手表还包括设置在被玻璃5封闭的表壳3中的表盘8下方的手表机芯，用于显示数据或待执行操作的液晶显示模块或装置6，位于玻璃内表面上的控制键4，以及位于表壳上的控制按钮9。玻璃5被玻璃框或被表壳3中间部分的顶部来固定。表壳3中的图中未示出的电池或蓄电池为手表的电子元件提供电力。

控制键4优选是电容类型的传感器，各传感器可通过图中未显示的用户手指或放置在待启动传感器的确定区域内的触针来启动。至少一个优选透明的传感垫形成了各个传感器或控制键。

手表1还包括射频信号接收器和用于辅助该接收器的磁罗盘，图中象征性地显示了该射频信号接收和整形装置的天线2。

在正常操作模式中，手表1将通过指针7或者还利用显示模块6来提供时间数据。在这种正常模式下，射频信号接收器保持在待用停止模式，以作为节省电能的措施。

然而，为了确定地理位置，必须接通射频信号接收器。为了达到此目的，可手动地短暂地按压控制按钮9或按压一段预定时间，以进入位置确定模式。在该位置确定模式下，由处理单元所控制的控制键被激活，使得各种手表数据和所计算出的位置坐标能够在显示模块6上查阅到。

控制按钮9还可首先使控制键4接通，从而借助于一个或多个控制键的动作，并通过接通接收器来选择位置确定模式。控制键还可被用户的手指而激活，以查阅各种菜单或存储的数据，或者执行手表的各种功能或操作。

从这一时刻起，当将手表放置在图1中所示的用户前方的读取位置时，磁罗盘就为处理单元提供了方位信号。这种方位信号告诉处理单元哪些卫星被用户身体遮挡了。这样，基于时间数据、方位信号和所存储的卫星年历和天文历数据，处理单元就可以自动地设置接收器，使其可搜索和追踪未被用户身体遮挡的可见卫星。

在这种位置确定模式中，指针7形成了手表的方向指示装置的一部分。指针7在处理单元的指令下产生旋转移动而相互重叠起来，如图2的平面A中的虚线标号7’所示。这种模式下的指针位置7’提供了用户待采取的优选方位的指示，用于读取未被其身体遮挡的最大数量的可见卫星。

由于在图2的平面A中，重叠的指针移动到表盘的大约6点钟指示附近，因此这就通知用户，大量的能够被手表接收器读取的可见卫星被其身体遮挡了。如果用户不转动，那么处理单元就设置接收器，使其只读取未被遮挡的可见卫星。因此，只要可读取来自至少三个信号的GPS信号，那么就可计算出位置的确定值。

当然，可将指针7放置成与这种位置确定模式相对，或者只有一个指针移动。另外，通过对其中一个或其它控制键4的手动动作，就可选择一个指针来指示轨道中其中一个卫星的地理北方向或位置。

为了在用户将其手表置于其前方的数据读取位置时能够读取最大数量的可见卫星，用户必须转过某一角度，该角度对应于表盘的标号7’位置和12点钟指示位置中的指针所限定的角度，例如沿着图2的平面B所示。通过这种旋转和罗盘所提供的方位信号的变化，重叠的指针就移动到表盘的12点钟指示位置，如标号7”用虚线所示。一旦指针占据12点钟位置，处理单元就可以自动地或基于用户的要求来设置接收器，使其搜索并追踪未被其身体遮挡的可见卫星。

应该注意，处理单元可检测用户方位上的任何显著变化。这样，该单元就可在操作过程中重新设置接收器，使其搜索并追踪其它可见卫星。另外，方向指示装置还包括显示模块6，其可显示地理位置坐标，或者至少一个可见卫星的位置坐标，或者存储在手表存储装置中的任何其它数据。

图3示意性地显示了手表1沿着图2的剖线III-III的剖视图。为了防止手表在剖视图中显示过多的零部件，因此只显示了手表的重要元件及其在表壳中的位置。

具体地说，手表1包括微处理器处理单元11，其可编程程序以执行某些定制功能，例如基于接收器13所提供的数据来计算位置。接收器13包括借助于天线2来接收来自卫星的射频信号并对其进行整形的元件，以及若干个用于搜索和追踪数个可见卫星的相关信道。相关信道的数量优选大于可见卫星的数量，例如等于12个信道。

微处理器单元11还包括某些与时基相关的部件，其用于对驱动表盘8上的时间指针7的微型电动机17进行控制。与石英谐振器相连的振荡级设置在微处理器单元11中，其用于使手表的各种操作与射频信号接收器13同步定时。

振荡频率可以为大约4.03MHz。这种振荡频率还可以已知的方式来进行划分，以获得32768Hz的时钟频率，从而为钟表功能进行定时。还可以为振荡级添加另一振荡频率为32768Hz的石英谐振器，用于手表的钟表功能。

微处理器单元11例如可以是瑞士的EM Microelectronic-Marin SA公司制造的8位PUNCH微处理器或8位CoolRISC-816微处理器。

手表1还在表壳中包括与印刷电路板19相连的磁罗盘15，表壳由中间部分3和以已知方式安装在中间部分3中的后盖3’组成，中间部分3由玻璃5封闭。该磁罗盘可以是机械罗盘或基于磁原理通量检测(磁通量闸门)的罗盘。该罗盘设置在印刷电路板19上，并且与处理单元11和接收器13处于同一侧，因此该处理单元可以很容易地与罗盘和接收器电连接。然而，接收器13的天线2设置在印刷电路板的相反一侧上，并且离磁罗盘足够远，以避免这两个元件之间的任何信号干扰。该天线的轴线基本上垂直于印刷电路板19，其固定在表盘8下方的手表中间部分3的内边缘上。

手表1还包括微型蓄电池或电池21，其设置在表壳的后盖3’上，以便为所有的手表元件提供电力，手表1还包括LCD显示模块或装置6，其安装在印刷电路板19上并且可透过表盘的孔而显现出来。表玻璃5在内表面上包括控制键的透明传感垫4，其与处理单元11电相连。

一旦按下例如未示出的控制按钮，就可激活触摸屏的控制键4，以便为微处理器单元11提供信号。例如可以提供7个控制键，它们的传感垫相互间隔开足够的距离，以允许用户的手指可单独地激活这些控制键。

在位置确定模式中，来自控制键4的信号可选择将在显示模块6上显示的各种菜单或数据，或者可允许处理单元11将接收器13设置成可搜索并追踪可见卫星。

对于与手表1的传感垫和电子元件设计相关的补充的技术细节，读者可以参考同一申请人的欧洲专利No.0838737，以及参考瑞士测时科学学会1999年9月30日召开的第64届学术会议的出版物中第2至5条款，Asulab S.A.的题名为“Montre altimetre-boussole presentantun nouveau concept d’utilisation”一文，其通过引用而结合在本文中。

图4示意性地显示了手表1的各种电子元件。应该注意，图2和3中所示手表1的那些相同元件标以相同的标号。因此，出于简化的目的，将不再重复对各元件的描述。

这样，该手表包括微处理器处理单元11、与微处理器处理单元11相连的磁罗盘15、处理单元振荡级的石英谐振器14、装备有用于接收GPS信号的天线2并且与该处理单元相连的GPS接收器13、以及由该处理单元控制的显示器6。该手表1还包括由该处理单元控制的微型电动机17，以驱动表盘8之上的指针7，还包括与该处理单元相连以便命令执行某些功能的控制键4和控制按钮9。

手表1的存储装置优选由非易失性EEPROM存储器12构成。这种存储器与处理单元11及接收器13相连，以便存储由该单元或接收器所发送的数据。存储器12还可以提供与卫星相关的所存储的年历和天文历数据。这使得微处理器单元11可通过处理该年历数据和时间数据及罗盘方位信号，来确定哪些可见卫星能够被读取。

处理单元11控制微型电动机17，使得指针7在位置确定模式下指示优选方位。另外，处理单元11设置射频信号接收器13，使得该接收器的某些相关信道能够搜索并追踪未被用户身体遮挡起来的可见卫星。

当然，可将GPS射频信号接收器制作成尤其类似于同一申请人的欧洲专利申请No.1179597中所公开的接收器。在这种情况下，接收器的各相关信道可包括用于对给定可见卫星执行搜索和追踪操作的控制器，以及其它数据存储装置。

在手表的全部位置确定步骤的结尾，接收器设置成在预定的停用时间间隔之后可自动地处在静止模式下，以节省电能。

从以上描述中，本领域中的技术人员在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的条件下，可以构思出所述便携式电子器件和位置确定方法的多种变型。该器件的射频信号接收器也可用于GLONASS或GALILEO导航***或其它导航***中。另外，方向指示装置可由传声装置构成，以告知用户可读取大量未被遮挡的可见卫星的优选方位。该优选方位可以仅仅在该电子器件的显示模块上指示。在确定的用户位置中，接收器的设置成可搜索被用户身体遮挡起来的卫星的信道被关闭，以节省能量。

Claims (13)

1.一种可佩戴在用户手腕上的便携式电子器件如手表(1)，所述器件包括射频信号接收器(13)、磁罗盘(15)、用于处理所述接收器和所述罗盘所提供的数据的微处理器数据处理单元(11)、以及存储有与卫星相关的年历及天文历数据的存储装置(12)，所述射频信号接收器(13)包括用于接收和整形处理来自卫星(SV)的射频信号的装置(2)以及若干个用于搜索并追踪若干可见卫星的相关信道，其特征在于，所述罗盘设置成用于为所述数据处理单元提供方位信号，所述数据处理单元控制用于指示方向的装置(6，7)，以便当所述器件处于读取位置时，基于所述处理单元对所述年历及天文历数据、时间数据和方位信号的处理，所述指示装置为用户指示用于搜索可见卫星的优选方位。

2.根据权利要求1所述的便携式电子器件，其特征在于，所述处理单元适于基于来自所述罗盘的方位信号来自动地设置所述接收器，使其在所述器件处于所述数据读取位置中时可搜索并追踪未被所述用户身体遮挡起来的可见卫星。

3.根据权利要求1所述的便携式电子器件，其特征在于，所述处理单元适于检测所述罗盘所提供的方位信号的变化，以便设置或更改所述接收器的配置，使其与所述方位信号的变化相关联地来搜索并追踪未被所述用户身体遮挡起来的可见卫星。

4.根据权利要求1所述的便携式电子器件，其特征在于，所述罗盘(15)是带磁通量检测器的罗盘类型。

5.根据权利要求1所述的作为带有可指示时间的指针(7)的机电手表的便携式电子器件，其特征在于，在位置确定模式下，所述用于指示方向的装置由所述器件的至少其中一个可指示时间的指针来形成，所述用于指示方向的装置可移动，以指示用于所述接收器搜索可见卫星的优选方位。

6.根据权利要求5所述的便携式电子器件，其特征在于，在所述位置确定模式下，所述处理单元(11)控制两个可指示时间的指针(7)相互重叠起来或处于相对的位置中，以指示优选方位，或指示卫星方向或地理北方向。

7.根据权利要求5或6所述的便携式电子器件，其特征在于，所述方向指示装置包括液晶显示模块(6)，所述液晶显示模块(6)由所述处理单元来控制，以便在位置确定模式下显示尤其与方位或定位有关的各种数据，所述器件包括控制按钮(9)，其可被手动启动，以便从时间显示模式转变到位置确定模式。

8.根据权利要求1和7中任一项所述的便携式电子器件，其特征在于，触摸式按键(4)设置在表玻璃(5)上，用于控制所述器件在位置确定模式下的各种功能，所述触摸式按键由所述处理单元来控制。

9.一种利用佩戴在用户手腕上的电子器件来确定位置的方法，所述器件包括射频信号接收器(13)、磁罗盘(15)、用于处理所述接收器和所述罗盘所提供的数据的微处理器数据处理单元(11)、以及存储有与卫星相关的年历及天文历数据的存储装置(12)，所述射频信号接收器(13)包括用于接收和整形处理来自卫星(SV)的射频信号的装置(2)以及若干个用于搜索并追踪可见卫星的相关信道，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

-将来自所述罗盘的方位信号提供至所述处理单元，

-在所述处理单元中，利用所述存储装置的年历和天文历数据以及时间数据来处理所述方位信号，以及

-基于所述处理单元所处理的数据，当所述器件处于读取位置时，在由所述处理单元控制的方向指示装置上，指示出用于搜索所述用户可见到的卫星的优选方位。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括，基于所述罗盘所提供的方位信号并且借助于所述处理单元来自动地设置所述射频信号接收器(13)的步骤，使得所述接收器能够在所述器件处于所述数据读取位置时搜索并追踪未被所述用户身体遮挡起来的可见卫星。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述处理单元基于所述罗盘所提供的方位信号的变化来检测所述用户所佩戴的所述器件的方位变化，以便设置或更改所述接收器的配置，用于搜索并追踪未被所述用户身体遮挡起来的可见卫星。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述器件是可利用指针(7)来显示时间的机电手表，其特征在于，当通过启动所述器件的控制按钮(9)来选择位置确定模式时，用于指示方向的所述指针就产生移动，以指示用于所述接收器搜索可见卫星的优选方位。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在位置确定模式下，所述指针重叠起来或处于相对的位置中以指示优选方位，用户所佩戴的所述器件旋转与所述优选方位相对应的预定角度，以便将至少其中一个所述指针带到表盘的12点钟指示位置，因此所述处理单元可对所述接收器进行设置，以搜索和追踪最大数量的可见卫星。

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