[發(fā)明專利]一種基于磁干擾檢測的步行者軌跡推算方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611196323.8
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN107014388B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙坤鵬;于吉剛;伍凱
• 申請（專利權(quán)）人: 威海北洋電氣集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34;G01R33/00;G01R35/00
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 初姣姣

本發(fā)明公開了一種基于磁干擾檢測的步行者軌跡推算方法及裝置，本發(fā)明可利用磁干擾實(shí)時檢測方法，結(jié)合零速校正原理，動態(tài)選擇步行者軌跡推算系統(tǒng)的觀測模型，實(shí)現(xiàn)在外部磁干擾場景中的高精度穩(wěn)定軌跡推算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁干擾檢測的步行者軌跡推算方法及裝置。

背景技術(shù)

步行者軌跡推算是導(dǎo)航領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，在消防救援、單兵定位、商業(yè)化位置服務(wù)、行人導(dǎo)航等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在室內(nèi)、森林、礦井等環(huán)境中，衛(wèi)星定位系統(tǒng)因信號被遮擋而無法實(shí)現(xiàn)有效定位；超寬帶、射頻識別等定位方案需在定位環(huán)境預(yù)先部署定位信標(biāo)，無法應(yīng)對陌生環(huán)境或突發(fā)狀況，且成本高；因此，基于慣性測量單元的步行者軌跡推算方案由于不需外部輔助設(shè)施且在衛(wèi)星信號被遮擋環(huán)境能實(shí)現(xiàn)自主實(shí)時定位，而受到廣泛關(guān)注。在基于慣性測量單元的步行者軌跡推算方案中，零速修正方案因不需對人體運(yùn)動進(jìn)行建模，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動狀態(tài)下步行者的準(zhǔn)確定位，而成為步行者軌跡推算方案研究的熱點(diǎn)。該方案利用步行者腳落地時存在零速的運(yùn)動規(guī)律，建立零速觀測信息對低成本低精度的MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)隨時間而累積的定位誤差進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)步行者運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確實(shí)時自主推算。高精度的姿態(tài)角信息是步行者軌跡推算的關(guān)鍵。目前一般利用地磁矢量信息構(gòu)建航向角觀測量對軌跡推算系統(tǒng)的姿態(tài)角進(jìn)行校正。地磁場觀測信息的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到航向角的準(zhǔn)確與否，對軌跡推算精度影響大。磁傳感器所測磁場信息不僅包括軌跡推算所需的地磁場信息，而且包括載體自身干擾、軟硬鐵效應(yīng)、外部磁場等干擾信息，如電磁干擾、建筑物內(nèi)部鋼筋、道路上鐵質(zhì)井蓋、汽車、外部磁源等。因此，如何對外部磁干擾進(jìn)行檢測，對于高精度步行者軌跡推算系統(tǒng)而非常重要。

目前，現(xiàn)有技術(shù)對磁力計(jì)測量誤差的校正與補(bǔ)償一般利用校正時刻和地點(diǎn)的磁場信息，通過基于橢球假設(shè)的最小二乘法估計(jì)磁力計(jì)校正參數(shù)，整個行走過程采用該校正參數(shù)。如果行走中外部磁場環(huán)境不發(fā)生變化，則該方法可達(dá)到較高精度，如果外部磁場環(huán)境是變化的，則原先的校正參數(shù)將失效。實(shí)際行走中，由于建筑物內(nèi)部鋼筋、道路上鐵質(zhì)井蓋、汽車、外部磁源等會導(dǎo)致外部磁場環(huán)境發(fā)生變化，若仍采用原先的校正參數(shù)，則姿態(tài)角估計(jì)效果變差，將嚴(yán)重影響軌跡推算精度。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種基于磁干擾檢測的步行者軌跡推算方法及裝置，用以完全或者至少部分地解決上述問題。

為解決上述問題，本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一方面提供了一種基于磁干擾檢測的步行者軌跡推算方法，該方法包括：獲取步行者的加速度、角速度，以及步行者所處的地磁矢量；

根據(jù)卡爾曼偏差估計(jì)結(jié)果對獲取的步行者的加速度、角速度進(jìn)行偏差補(bǔ)償，對獲取的所述地磁矢量進(jìn)行校正，判斷所述地磁矢量是否存在干擾，確定當(dāng)前時刻的磁場干擾檢測結(jié)果；

根據(jù)加速度和角速度數(shù)據(jù)零速檢測方法對步行者的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行判斷；

在地理坐標(biāo)系下利用已經(jīng)進(jìn)行偏差補(bǔ)償?shù)慕撬俣冗M(jìn)行姿態(tài)矩陣遞推；

去除重力加速度影響，進(jìn)行速度遞推和位置遞推；

根據(jù)磁場干擾檢測結(jié)果和步行者的運(yùn)動狀態(tài)確定步行者的軌跡。

進(jìn)一步地，對獲取的所述地磁矢量進(jìn)行校正，具體包括：

建立磁力計(jì)測量的通用誤差模型根據(jù)通用誤差模型對獲取的所述地磁矢量進(jìn)行校正；

其中，為磁力計(jì)的測量值，B為真實(shí)的磁場矢量，A為未對準(zhǔn)誤差、增益誤差和軟磁干擾等引起的誤差項(xiàng)，b為未對準(zhǔn)、軟硬磁干擾和傳感器偏差等引起的誤差項(xiàng)，ε_w為測量噪聲。

進(jìn)一步地，所述判斷所述地磁矢量是否存在干擾，具體包括：

條件1，當(dāng)前時刻的磁場強(qiáng)度判定，判定模型為：