[發(fā)明專利]一種行人導(dǎo)航的二維人體里程計及里程計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711291544.8
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108106630B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧志紅;王鵬宇;尚克軍;曹運;嚴(yán)丹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00;G01C21/16
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

本發(fā)明提供了一種行人導(dǎo)航的二維人體里程計及里程計算方法，解決行人在完成非常規(guī)步態(tài)下定位精度差的問題，能夠得到行人精確的行進(jìn)距離，實現(xiàn)高精度定位。本發(fā)明所述的二維人體里程計及方法，基于慣性導(dǎo)航解算與人體步態(tài)特征，對步態(tài)進(jìn)行精確劃分，針對每一種步態(tài)建立參考步長，并在參考步長基礎(chǔ)上增加修正因子得到刻度因子，利用刻度因子作為人體行進(jìn)的刻度標(biāo)識，利用刻度因子實現(xiàn)精確的單步步長估計，解決行人在完成非約束、非等間隔或非平穩(wěn)的非常規(guī)步態(tài)下定位精度差的問題，并結(jié)合步頻信息得到精確的行進(jìn)距離，提高定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于行人導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種行人導(dǎo)航二維人體里程計及里程計算方法。

背景技術(shù)

隨著人們對室內(nèi)位置服務(wù)的需求迅速增加，利用微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對行人進(jìn)行航位推算成為室內(nèi)定位主流技術(shù)之一。在個人航位推算系統(tǒng)中，步長估計方法主要有兩種：一是基于慣性導(dǎo)航原理對加速度進(jìn)行二次積分，但消費級MEMS慣性器件的溫度漂移及線性度等性能指標(biāo)不高，數(shù)分鐘內(nèi)的積分誤差將達(dá)到一個地球半徑；二是利用人員行進(jìn)特性對其特定動作下的行進(jìn)距離進(jìn)行建模，現(xiàn)有基于模型的步長估計方法將步長視為與步頻、身高、加速度等相關(guān)的量，但人體運動具有復(fù)雜性和任意性，受外界環(huán)境和情緒等因素影響，行人在某種步態(tài)下的單步步長可能不同，一種步態(tài)對應(yīng)單一的單步步長誤差很大，另外行人在完成匍匐、側(cè)行、跳躍等非常規(guī)步態(tài)時，普通步長建模方法不適用，模型精度無法滿足實際需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種行人導(dǎo)航的二維人體里程計及里程計算方法，解決行人在完成非常規(guī)步態(tài)下定位精度差的問題，能夠得到行人精確的行進(jìn)距離，實現(xiàn)高精度定位。

本發(fā)明提供了一種行人導(dǎo)航的人體里程計，包括慣性測量模塊、導(dǎo)航解算模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

其中，以行進(jìn)運動起始點處的人體重心為坐標(biāo)原點，前后方向為X軸，左右方向為Y軸，上下方向為Z軸；

慣性測量模塊用于采集實時的X軸、Y軸以及Z軸方向上的運動加速度與運動角速度并識別出相應(yīng)的步態(tài)，將運動加速度與運動角速度發(fā)送至導(dǎo)航解算模塊，將步態(tài)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊；

導(dǎo)航解算模塊基于慣性測量模塊發(fā)送的運動加速度與運動角速度進(jìn)行慣性導(dǎo)航解算，得到解算步長、運動步頻以及步長差與方位角差，并發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)慣性測量模塊發(fā)送的當(dāng)前時刻的步態(tài)，選擇對應(yīng)步態(tài)的參考步長模型，將導(dǎo)航解算模塊發(fā)送的運動步頻代入?yún)⒖疾介L模型獲得參考步長；并根據(jù)導(dǎo)航解算模塊發(fā)送的步長差和方位角差對參考步長進(jìn)行修正；將修正后的參考步長與運動步頻相乘得到人體位移增量并累加輸出；

所述參考步長模型為：

S＝[h·(a_x·f_step+b_x)+c_x] (1)

其中，S為參考步長，f_step為運動步頻，h為人的身高，a_x、b_x和c_x為與步態(tài)相關(guān)的參考步長系數(shù)，a_x、b_x和c_x數(shù)值由實驗可知。

其中，所述參考步長系數(shù)與步態(tài)對應(yīng)，參考步長系數(shù)的獲得方式為：利用導(dǎo)航解算模塊對各步態(tài)下的加速度和角速度進(jìn)行導(dǎo)航解算，得到各步態(tài)下的實時解算步長及運動步頻，將解算步長與對應(yīng)步態(tài)的步長經(jīng)驗值進(jìn)行融合，得到實時融合步長，以運動步頻為公式(1)的自變量f_step，以對應(yīng)的融合步長為公式(1)的因變量S，利用同一步態(tài)下多個時刻的運動步頻及其對應(yīng)的融合步長，對公式(1)進(jìn)行擬合，得到該步態(tài)下的參考步長系數(shù)a_x、b_x和c_x的估計值；

將估計值代入?yún)⒖疾介L模型，得到對應(yīng)步態(tài)的參考步長模型。