[發明專利]一種步行定位方法與設備

有效

• 申請號: 201110183674.6
• 申請日: 2011-07-01
• 公開（公告）號: CN102278988A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 趙鐵軍;周尤
• 申請（專利權）人: 微邁森慣性技術開發（北京）有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明;王寶筠

1.一種步行定位方法，其特征在于，該方法包括：

在局部坐標系中測量人體腳端運動的加速度，所述局部坐標系為運動參考坐標系，該坐標系與人體腳端相固接，用于作為描述人體腳端運動的基準；

在全局坐標系中測量人體腳端的姿態數據，根據所述姿態數據將所述測量的加速度轉換到全局坐標系，所述全局坐標系為定參坐標系，用于作為描述人體腳端運動姿態和運動軌跡的基準；

對在起步到落步時間段內轉換到全局坐標系的加速度進行積分運算以得到每步的位移量；

根據人體腳端的姿態數據中的航向數據和所述每步的位移量獲取步行軌跡以實現人體定位。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部坐標系為以人體腳端質心為坐標原點，以垂直人體步行方向且指向右側的方向為X軸，以人的步行方向為Y軸，以垂直OXY平面指向上方的方向為Z軸的坐標系；所述全局坐標系為以人的步行起點為坐標原點，以水平指向東為X軸，以水平指向北為Y軸，以垂直地面指向天頂為Z軸的坐標系；所述姿態數據包括人體腳端運動的俯仰角和橫滾角，則：

所述將局部坐標系中測量的加速度轉換到全局坐標系通過將所述測量的加速度與旋轉矩陣相乘實現轉換，所述旋轉矩陣為：

式中θ、分別為人體腳端運動的俯仰角和橫滾角。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在將局部坐標系中測量的加速度轉換到全局坐標系之前，所述方法進一步包括：

將重力加速度轉換到所述局部坐標系；

用所述測量的加速度減去所述轉換到局部坐標系的重力加速度得到修正加速度，以便將該修正加速度轉換到全局坐標系進行積分運算以得到位移量。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述起步到落步時間段的判定步驟包括：

測量人體腳端運動的角速度，判斷所述角速度是否等于預設閥值，如果是，則將步行姿態判定為起步或落步，該起步或落步所在時刻作為起步到落步時間段的起點或終點。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在對加速度進行積分運算以得到每步位移量的步驟包括：

對加速度進行積分運算以得到起步到落步時間段內的累計速度，該速度為剩余速度；

將所述剩余速度除以一個積分循環內的積分總次數得到速度平均誤差，以便在下一個積分循環時，用由加速度進行積分運算得到的速度值減去所述速度平均誤差，所述積分循環為起步到落步時間段內的積分過程；

對上述減去速度平均誤差后的結果進行積分運算以得到每步位移量。

6.一種步行定位設備，其特征在于，該設備包括：加速度測量模塊、姿態數據測量模塊、坐標轉換模塊、積分運算模塊和步行軌跡獲取模塊，其中：

所述加速度測量模塊，用于在局部坐標系中測量人體腳端運動的加速度，所述局部坐標系為運動參考坐標系，該坐標系與人體腳端相固接，用于作為描述人體腳端運動的基準；

所述姿態數據測量模塊，用于在全局坐標系中測量人體腳端的姿態數據；

所述坐標轉換模塊，用于根據所述姿態數據將所述測量的加速度轉換到全局坐標系，所述全局坐標系為定參坐標系，用于作為描述人體腳端運動姿態和運動軌跡的基準；

所述積分運算模塊，用于對在起步到落步時間段內轉換到全局坐標系的加速度進行積分運算以得到每步的位移量；

所述步行軌跡獲取模塊，用于根據人體腳端的姿態數據中的航向數據和所述每步的位移量獲取步行軌跡以實現人體定位。

7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述設備進一步包括加速度修正模塊，則：

所述坐標轉換模塊還用于將重力加速度轉換到所述局部坐標系；所述加速度修正模塊用于在將局部坐標系中測量的加速度轉換到全局坐標系之前，調用所述坐標轉換模塊將重力加速度轉換到所述局部坐標系，并用所述測量的加速度減去所述轉換到局部坐標系的重力加速度得到修正加速度，以便將該修正加速度轉換到全局坐標系進行積分運算以得到位移量。