[發明專利]基于RFID和MEMS慣性技術的人員定位方法

在審

• 申請號: 201610005009.0
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105783923A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 石波;李耀宗;楊東清;程敏;盧秀山;陽凡林
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 朱玉建

本發明公開了一種基于RFID和MEMS慣性技術的人員定位方法。本發明方法中RFID修正點不僅可以提供人員的姿態和位置、速度信息，還能對MEMS慣導系統進行修正，獲取陀螺儀和加速度計零偏估計，有助于人員長時間在無GNSS信號環境下工作，實現可靠的外部信息對慣性技術計算信息的精確修正，保證了人員定位的可靠精確；此外，步行者每走一步時均會實施一次零速修正算法，限制位置誤差的發散，而為了更準確的檢測人員零速時間，本發明還提出了一種基于加權指標的閾值零速檢測算法，對常用的幾種檢測算法的判斷指標加權，從而產生更優的指標，與閾值進行比較，對零速的檢測準確度更高、結果更可靠。

技術領域

本發明涉及一種基于RFID和MEMS慣性技術的人員定位方法。

背景技術

GNSS定位設備發展迅速，市場占有率逐年上升。但由于GNSS易受環境影響的固有不足，使其只適于室外的開闊環境，在室內、叢林以及地下等無GNSS信號的區域無能為力。目前，對于無GNSS信號區域的人員定位，市場上出現了很多方法，主要包括以下兩種：一種是基于磁力計和MEMS慣性技術結合的個人導航系統，另一種是基于紅外技術的感應定位系統?；诖帕τ嫼蚆EMS慣性技術結合的個人導航系統，其基本原理是利用MEMS慣性技術進行慣性導航解算，解決了GNSS導航系統的缺陷，利用磁力計修正方位信息，但磁力計易受周圍磁場的影響，不能有效的抑制方位誤差，從而不能實現人員的長時間定位；基于紅外技術的感應定位系統，其基本原理是將有線連接的紅外傳感器分布于定位范圍之內，被定位者隨身攜帶定位標簽，每15秒廣播該標簽唯一的標識碼，被紅外傳感器感知后根據傳感器位置確定定位標簽的位置，但其覆蓋范圍有限，易被干擾，穿透力較差。

此外，在個人定位技術中主要存在如下三種形式：基于運動模型的個人航跡推算定位、個人里程計推算方法定位、基于腳步檢測的個人導航系統定位。其中，基于運動模型的個人航跡推算定位(PDR，Personal Dead-reckoning)是研究的熱點，其定位原理為判斷行人邁步，估計步長獲得行人移動的距離，通過行人的朝向判斷前進的方向，結合距離與方向得到行人相對初始點的相對位移。因此，PDR需要重點解決三個問題，即步數的檢測與計數、步長的估計及前進朝向的估計。步數的檢測與計數最常見的方法為閾值檢測法，檢測對象通常為加速度幅值與角速度，或兩者同時使用；在某些情況下，磁力計的測量值也可作為檢測對象。除了閾值檢測以外，峰值檢測、過零檢測也可作為判斷步數的方式，低通濾波則在提高檢測精度中起到了重要的作用。此種定位方式的缺點在于人運動時的狀態變化非常復雜，很難精確測量。而且人體運動時的振動等會給傳感器帶來很大噪聲，因此，基于運動模型的航跡推算定位技術目前還處于試驗和研究階段，還有很多問題需要解決。

個人里程計推算方法定位的基本原理是將慣性裝置安裝在腿上的各關節位置，從人體運動學角度對人的步態進行分析。該方法需要復雜的人體步態建模，裝置也比較復雜，使用起來不夠方便?；谀_步檢測的個人導航系統包含加速度傳感器和移動距離測量裝置。其中，加速度傳感器用于檢測移動方向和與用戶相對的重力方向的加速度，并根據檢測的結果輸出加速度信號；移動距離測量裝置用于計算移動方向和重力方向上加速度信號的滑窗求和數據，從而計算出所述滑窗求和數據的和。然后，基于微分的滑窗求和數據檢測過零點。將當前過零點和前一過零點之間的檢測時間的差值與閾值進行比較，從而基于行走的明顯的信號模式檢測用戶腳步。所述腳步檢測設備區分由人體的擺動(例如：振動)引起的過零檢測和由用戶的腳步引起的過零檢測，以便所述腳步檢測設備更精確地檢測用戶腳步。此種定位方式的缺點在于需要根據加速度傳感器和距離測量裝置短時間能夠提供可靠的位置信息，如果人員長時間在無GNSS信號環境工作，那么位置信息將不可靠，而且無法知道載體的航向信息。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于RFID和MEMS慣性技術的人員定位方法，通過行走過程中的零速修正和RFID技術對MEMS慣導系統更新的位置、速度、姿態進行修正，利于實現在無GNSS信號環境下精確可靠的人員定位。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：