[發明專利]一種基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統及其方法

無效

• 申請號: 201410294387.6
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104075714A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 陳翔;許理研;王紅蘭;郭陽;匡磊;徐文超
• 申請（專利權）人: 華東師范大學;上海詠輿通信技術有限公司
• 主分類號: G01C21/14
• 分類號: G01C21/14
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明涉及定位技術，尤其涉及一種基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統及其方法。

背景技術

目前，基于GPS的室外定位方法以其成熟的技術和較高的精度在軍事和民用領域取得了良好的應用效果。但是由于其定位信號在到達地面時較弱且無法穿越建筑物，因此不適合封閉空間(如建筑物內部、地下空間、船舶封閉艙室)定位，因此必須研究新的封閉艙室定位技術以彌補GPS的不足。現在主要的封閉艙室定位方法有基于紅外線、超聲波、RFID和無線網絡等技術。但其分別有易受物體阻擋、傳輸距離較短、設施費用較高等缺點。相比較而言，基于行走軌跡推算的封閉艙室定位方法在給定初始位置和方向后能夠推算下一時刻行走的位置和方向信息，不易受外界影響，能隨時隨地提供行走的位置信息。

隨著微機電系統(Micro-Electro-Mechanic?System，MEMS)技術的普及，各類MEMS傳感器開始得到廣泛應用。如果能充分利用MEMS傳感器中的方向傳感器與加速度器，組成慣性測量單元(IMU，Inertial?Measurement?Unit)，融合行走軌跡推算的定位思想，將有效提高封閉艙室定位精度以及魯棒性，而且可以降低用于提高封閉艙室定位系統信號覆蓋所需要的成本。

發明內容

本發明克服了現有定位方法需要依靠外部信號實現且易受到物體阻擋的不足、而且現有的系統維護成本較高的缺陷，提出了一種基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統及其方法。

本發明提出了一種基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統，包括：

傳感器裝置，其實時地接收所述定位系統所處環境的加速度及方向屬性，生成方向傳感數據與加速度傳感數據；

數據處理裝置，其與所述傳感器裝置連接，分別根據所述方向傳感數據與所述加速度數據得到方向數據與位移數據，并對所述方向數據與位移數據進行整合，得到整合的位置信息；

人機交互裝置，其與所述數據處理裝置連接，提供用戶與所述定位系統的交互通道，用于接收用戶輸入的指令與實時輸出所述位置信息。

本發明提出的所述基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統中，所述傳感器裝置包括方向傳感器與加速度傳感器；所述方向傳感器用于探測所述定位系統的方向屬性得到方向傳感數據；所述加速度傳感器用于探測所述定位系統的加速度屬性得到加速度傳感數據。

本發明提出的所述基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統中，所述傳感器裝置為MEMS傳感器。

本發明提出的所述基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統中，所述數據處理裝置包括：

方向計算單元，其用于根據所述方向傳感數據計算相對于事先設定的初始方向的偏移量得到方向數據；

步伐監測單元，其計算并監測所述加速度傳感數據計算步伐的數量；

步長估計單元，其根據所述加速度傳感數據提供步長信息；

位移計算單元，其根據所述步伐的數量與所述步長信息計算距離得到位移數據；

位置信息合成單元，其在前一單位時刻的位置信息基礎上，以所述方向數據為偏向角，以所述位移信息為偏向距離，得到下一單位時刻點的位置信息。

本發明提出的所述基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航系統中，所述人機交互裝置包括：

按鍵控制單元，其提供用戶輸入指令；

顯示輸出單元，其與所述數據處理裝置及所述按鍵控制單元連接，用于接收用戶輸入的指令以及顯示當前的位置信息；

語音輸出單元，其與所述顯示輸出單元連接，用于將所述位置信息轉換為語音數據后以聲音的方式輸出。

本發明還提出了一種基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航方法，包括如下步驟：

步驟一：采集方向傳感數據與加速度傳感數據；

步驟二：計算所述方向傳感數據得到方向數據，計算所述加速度傳感數據得到位移數據，整合所述方向數據與所述位移數據得到位置信息；

步驟三：輸出當前的位置信息實現定位。

本發明提出的所述基于行走軌跡推算的封閉艙室定位導航方法中，所述步驟二包括如下步驟：

步驟2a：根據所述方向傳感數據計算相對于事先設定的初始方向的偏移量得到方向數據；

步驟2b：計算并監測所述加速度傳感數據的模值，根據所述模值計算步伐的數量；

步驟2c：根據所述加速度傳感數據估算一個步伐的步長得到步長信息；

步驟2d：根據所述步伐的數量與所述步長信息計算位移數據；