[發明專利]一種基于相對位姿測量的行人導航方法

有效

• 申請號: 201410477615.3
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104251702B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王韜;郭士永;鄭海升;吳皓威;王坤;謝曉姣;喬自士;謝芝茂;張潘;宗京京;蔡瑩卓
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種基于相對位姿測量的行人導航方法，涉及導航定位領域。該方法包括以下步驟：(1)在行人左右腳上分別安裝3組相對位姿測量設備；(2)確定導航坐標系；(3)使用安裝在左右腳鞋底的電子開關檢測行人左右腳與地面的接觸；(4)使用多目標測距電路和光學相機分別測量出左右腳坐標系之間的相對位姿，進而分別測量出左右腳前后兩次接觸地面時的相對位姿；使用左右腳上的9軸慣性測量單元分別測量出左右腳前后兩次接觸地面時的相對位姿；(5)將三組位姿測量結果進行數據融合，不斷重復步驟(3)?(5)的位姿測量過程；(6)確定左右腳坐標系分別相對于導航坐標系的相對位置和相對姿態；(7)左右腳行進軌跡及其姿態的顯示。

技術領域

本發明屬于導航定位技術領域，涉及一種基于相對位姿測量的行人導航方法。

背景技術

行人導航為行人實時地提供可靠的位置、速度、姿態等導航信息，在人們的很多生產活動、社會活動和休閑活動中有很迫切的需求，研究行人導航方法和技術有極其重要的學術意義和實用價值。

目前市場上多數行人導航產品，主要依靠地圖匹配GPS定位。行人的運動特征具有主觀性和隨機性，大多數情況都是沿著人行道或者林蔭道行走，或者在穿越深林、隧道或者進出城市高層建筑區，或者在室內環境下，GPS信號受限制，難以實現行人的持續導航定位。而且GPS的定位誤差一般大于10米，達不到行人導航的精度要求。

依靠慣性導航的行人導航方法，雖然能夠實現任何環境下持續的實時定位導航，但是慣性導航傳感器系統的輸出只能提供準確的短期位置、速度、加速度、姿態、和角速率估計，測量數據包含漂移或偏差誤差和噪聲，長時間使用會有誤差累計，失去導航定位的功能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于相對位姿測量的全自主行人導航方法，實現行人室內室外無盲區、高精度定位。該方法是把航天器交會對接中相對位姿測量的思想應用到行人導航系統中的一種新型導航定位方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明公開一種基于相對位姿測量的行人導航方法，涉及導航定位領域。該方法包括以下步驟：(1)在行人左右腳上分別安裝3組相對位姿測量設備；(2)確定導航坐標系；(3)使用安裝在左右腳鞋底的電子開關檢測行人左右腳與地面的接觸；(4)使用多目標測距電路和光學相機分別測量出左右腳坐標系之間的相對位姿，進而分別測量出左右腳前后兩次接觸地面時的相對位姿；使用左右腳上的9軸慣性測量單元分別測量出左右腳前后兩次接觸地面時的相對位姿；(5)將三組位姿測量結果進行數據融合，行人行走過程就是不斷重復步驟(3)-(5)的位姿測量過程；(6)確定左右腳坐標系分別相對于導航坐標系的相對位置和相對姿態；(7)左右腳行進軌跡及其姿態的顯示。

進一步，所述相對位姿測量是指測量行人左右腳坐標系之前的相對位置和相對姿態，和行人左右腳前后兩次接觸地面時的相對位置和相對姿態。

進一步，所述在行人左右腳上分別安裝3組相對位姿測量設備是指：右腳鞋跟處安裝9軸IMU慣性測量單元(3軸加速度計，3軸陀螺儀，3軸電子羅盤)；右腳內側安裝至少3個測距信號Tx發射單元；右腳內側安裝至少3個光學特征點；右腳鞋底前后2個位置分別安裝電子開關模塊。左腳鞋跟處安裝9軸IMU慣性測量單元(3軸加速度計，3軸陀螺儀，3軸電子羅盤)；左腳內側安裝至少3個測距信號Rx接收單元和測距信號處理單元；左腳內側安裝光學相機；左腳鞋底前后2個位置分別安裝電子開關模塊。

進一步，所述導航坐標系是指初始導航前左腳的慣性坐標系。

進一步，所述使用安裝在左右腳鞋底的電子開關檢測行人左右腳與地面的接觸是指：鞋底前后2個位置分別安裝電子開關模塊，用于檢測行人從鞋跟接觸地面(鞋底后面開關閉合，前面開關打開)到整個鞋底接觸地面(鞋底前后兩個開關均閉合)，再到鞋跟離開地面(鞋底后面開關打開，前面開關閉合)，鞋子完全離開地面(鞋底兩個開關均打開)的過程。當兩只腳均接觸地面時，觸發相對位姿測量電路工作。