[發明專利]基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統

有效

• 申請號: 201310066624.9
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103175529A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 馬嘉斌;錢久超;張凱淵;鄒耀;劉佩林;趙恒;周燕;汪自翔
• 申請（專利權）人: 上海美迪索科電子科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，包括：磁場及慣性數據獲取模塊(100)、行人航位推算模塊(101)、磁場定位模塊(102)、定位融合模塊(103)和輸出模塊(104)，其中，

所述磁場及慣性數據獲取模塊(100)用以采集磁場信息數據、以及行人的加速度和角速度信息數據；

所述行人航位推算模塊(101)與所述磁場及慣性數據獲取模塊(100)連接，用以根據所述加速度和角速度數據判斷行人行走的步數，每一步的步長以及每一步的方向，并推算出行人從起點開始的行走路徑，得到慣性解算的位置、速度和姿態信息；

所述磁場定位模塊(102)分別與所述磁場及慣性數據獲取模塊(100)和行人航位推算模塊(101)連接，用以根據所述磁場信息、以及慣性解算的位置、速度和姿態信息建立磁場特征庫并定位實時磁場特征；

所述定位融合模塊(103)分別與所述行人航位推算模塊(101)和磁場定位模塊(102)連接，用以對所述慣性定位信息和磁場特征定位信息進行融合，得到最終的定位結果，并將定位結果發送至所述輸出模塊(104)；

所述輸出模塊(104)與所述定位融合模塊(103)連接，用以接收定位結果，并將所述定位結果發送至顯示設備上進行顯示。

2.根據權利要求1所述的基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，所述磁場及慣性數據獲取模塊(100)安裝在行人腳部，其包括：三軸磁力計(1001)、三軸加速度計(1002)、三軸陀螺儀(1003)和標定模塊(1004)，所述三軸加速度計(1002)和三軸陀螺儀(1003)用以測量行人腳部在運動中的加速度和各種轉動的角速度，所述三軸磁力計(1001)測量傳感器坐標系中的三軸磁場大小，所述標定模塊(1004)用以對所述加速度、角速度和磁場信息進行標定并輸出。

3.根據權利要求2所述的基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，所述三軸磁力計(1001)的采樣頻率不低于100Hz。

4.根據權利要求1所述的基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，所述行人航位推算模塊(101)包括零速檢測模塊(1011)、擴展卡爾曼濾波模塊(1012)、以及位置和姿態慣性解算模塊(1013)，所述零速檢測模塊(1011)利用磁場及慣性數據獲取模輸出的角速度信息來判斷腳部是否處于靜止的狀態，并輸出當時是否為零速的標識，同時零速檢測模塊(1011)接收位置和姿態慣性解算模塊(1013)輸出的速度信息，并在檢測到零速時將速度的誤差量傳遞給擴展卡爾曼濾波模塊(1012)；擴展卡爾曼濾波模塊(1012)以零速時加速度和角速度的零偏為誤差狀態量，并輸出誤差狀態量至所述位置和姿態慣性解算模塊(1013)，所述位置和姿態慣性解算模塊(1013)根據接收到的誤差狀態量和磁場及慣性數據獲取模塊(100)輸出的加速度和角速度測量值輸出慣性解算位置、速度、以及姿態信息。

5.根據權利要求1所述的基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，所述磁場定位模塊(102)包括：地磁檢測模塊(1021)、磁場特征庫(1022)和地磁特征提取模塊(1023)，所述地磁檢測模塊(1021)根據所述磁場及慣性數據獲取模塊(100)輸出的磁場信息以及位置和姿態慣性解算模塊(1013)輸出的慣性解算姿態，將磁場矢量旋轉到東北天坐標系中；所述地磁特征提取模塊(1023)在所述零速檢測模塊(1011)檢測到行人腳部運動時對所述地磁檢測模塊輸出的磁場數據進行采樣，提取出磁場特征，并將磁場特征與磁場特征庫(1022)中的特征進行匹配，繼而得出磁場特征定位結果，即行人所在位置的概率。

6.根據權利要求5所述的基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，所述地磁特征提取模塊(1023)采集滿128點或者256點數據后，將數據段中的東北天向磁場分量或者磁場幅值做離散傅立葉變化和離散小波變化來獲取頻域特性；同時，將數據段經過動態時間扭曲和隱性馬爾可夫模型來提取其時域特征。

7.根據權利要求5所述的基于室內磁場特征輔助的行人慣性定位系統，其特征在于，所述地磁特征提取模塊(1023)根據所述地磁檢測模塊(1023)輸入的東北天向磁場和行人航位推算模塊(101)輸出的零速標識來提取磁場特征。