[發明專利]一種自適應步長的室內軌跡追蹤方法

有效

• 申請號: 201510042490.6
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104634345B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 莫冰;朱金林;楊逸純;曾顯彬;毛文輝;蔡鈞
• 申請（專利權）人: 華僑大學;福州曲直電子科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭,楊鍇

技術領域

本發明涉及室內定位追蹤方法，更具體地說，涉及一種自適應步長的室內軌跡追蹤方法。

背景技術

眾所周知，GPS等衛星導航定位方式可以在室外衛星信號良好的地方進行導航定位，極大的方便了人們的生活。據統計，人們平均80-90％的時間在室內，70％的移動電話使用和80％的數據連接使用連接來自室內。因此，人們對室內的位置服務(LBS)的需求越來越多，但是由于GPS等衛星導航定位方式無法在室內環境中正常工作，那么如何解決室內定位的問題就成為人們研究的一大熱點。

現在，已有大量的技術應用于室內定位，室內定位技術主要分為基站定位和慣導定位兩種。基站定位方式主要有：Wi-Fi定位，藍牙定位及射頻定位等。慣導定位方式就是采用基于MEMS技術的慣性傳感器，通過運動學定理實現導航定位。由于慣性導航定位方式無需采用額外的基礎設施或網絡，可以在各種復雜的環境中實現自主定位，因此，慣性導航定位在特定場合有著巨大的應用前景。例如，在公共安全和應急響應。每一個人都想被救援人員精確定位到，大到建筑物的位置，甚至是樓層或者房間號。在這種情況下，基于基站的定位方式由于基礎設施或網絡遭到破壞，無法實現定位功能，而慣性導航定位方式則不受此影響，從而可以及時有效的實施救援工作，減少人員和財產損失。

影響室內定位技術推廣的主要原因是導航定位的精度和定位系統的成本問題。因此，室內定位技術的研究重點是如何提高導航定位的精度和降低定位系統的成本，由于慣性導航定位技術可以實現復雜環境中自主定位，無需額外設施或網絡的特點，符合人們對室內定位的精度和成本的要求，所以慣性導航定位成為各大研究機構的研究重點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種準確計算每一步的步長，提高導航定位的精度，促進慣性導航定位應用的推廣的自適應步長的室內軌跡追蹤方法。

本發明的技術方案如下：

一種自適應步長的室內軌跡追蹤方法，設定每一步行走的初始速度與結束速度為零，判斷是否處于行走狀態，如果是，則采集每一步內加速度的個數，根據加速度、加速度的采樣時間，計算獲得第一步的步長；結合每一步的方向，將每一步進行矢量疊加，獲得運動軌跡。

作為優選，行走狀態的判斷具體為：預設靜態閥值、動態閥值，其中動態閥值大于靜態閥值，當陀螺儀輸出的每一步的實時角速度小于靜態閥值，則表示處于靜止狀態，大于動態閥值，則表示處于行走狀態。

作為優選，當處于靜止狀態時，角速度大于動態閥值則進入運動狀態，角速度大于靜態閥值但小于動態閥值則仍處于靜止狀態；當處于運動狀態時，角速度小于靜態閥值則進入靜止狀態，角速度小于動態閥值但大于靜態閥值則仍處于運動狀態。

作為優選，設定每個加速度的采樣時間相等，則每個加速度的位移為其中i＝1、2、3……；S_i為第i段位移；a_i為第i個加速度；t為采樣時長；

每一步的步長為：其中，S為每一步的步長，N為每一步采集加速度的個數，a為加速度，t為每個加速度的采樣時長。

作為優選，將加速度變換為導航坐標系后，加速度變換為

則每一步的步長為：

其中，s為每一步的步長，s_東為每一步的東向位移，s_北為每一步的北向位移，分別為東向加速度與北向加速度，flag為每一步采集加速度的個數，t為每個加速度的采樣時長。

作為優選，加速度計輸出的加速度通過四元數坐標變換矩陣變換為導航坐標系

作為優選，每一步的方向由航向姿態角決定，航向姿態角由如下方程組得出：

其中，為四元數坐標變換矩陣；ψ為航向角，θ為俯仰角，γ為翻滾角；航向姿態角包括航向角、俯仰角、翻滾角。

作為優選，四元數坐標變換矩陣由陀螺儀輸出的角速度采用四元數微分方程計算得出，具體為：

其中，Q(q₀,q₁,q₂,q₃)為四元數，ω為陀螺儀輸出的角速度，為四元數乘法，計算得到四元數坐標變換矩陣

作為優選，每一步內的加速度的個數的確定，具體為：實時檢測陀螺儀輸出的角速度，如果當前時刻的角速度小于靜態閥值，將采樣標志位置1，等待下一時刻的角速度；當角速度大于動態閥值時，采樣標志位加1，直到角速度再次小于靜態動態閥值，結束當前一步的加速度的個數計算。