[發明專利]一種基于手機加速度和陀螺儀傳感器的計步方法

在審

• 申請號: 201811084233.9
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109238301A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 季曉勇;金偉旗;陳磊;谷宇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00;G01C21/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

本發明公開了一種基于手機加速度和陀螺儀傳感器的計步方法，包括：步驟1，采集用戶手機加速度和角速度數據，計算合加速度與合角速度幅值，將合角速度幅值存入數組al中；步驟2，對合加速度幅值進行中值濾波；步驟3，將合加速度幅值大于上閾值時的時間點記錄為t1，小于下閾值時的時間點記錄為t2，根據t1、t2判斷是否存在疑似邁步的合加速度曲線，如果是，轉入步驟4，否則轉入步驟1；步驟4，將數組al中的值逐個與預設的合角速度閾值比較；步驟5，如果數組al中所有的值均不超過合角速度閾值，則判定此刻為用戶邁出一步；否則判定此刻為用戶原地操作手機，不計步。

技術領域

本發明涉及一種基于手機加速度和陀螺儀傳感器的計步方法。

背景技術

利用手機GPS步行導航，在途經高樓、大樹、天橋底等地時，由于GPS信號被遮擋，會出現定位偏差較大的情況，此時可采用慣性導航方法來輔助提高定位精度。即在定位精度變低的前一刻記錄下當時的經緯度信息，并將隨后每一步產生的距離和方向變化轉換為經緯度變化，從而得到精度較高的定位信息。步行慣性導航的主要內容包括：計步算法、步長估算和航向算法。本發明主要針對現有計步算法存在的不足，綜合利用手機加速度傳感器和陀螺儀傳感器，實現在不影響計步精度的前提下增強原地抗干擾能力。

目前通用的計步算法是利用手機加速度傳感器得到的合加速度幅值曲線來判定用戶是否邁步，該算法的優點在于計算量小、步行時可達到很高的計步精度。但由于原地抬起、上下抖動、左右晃動手機等動作產生的合加速度幅值曲線和邁步產生的合加速度曲線極其相似，僅依靠合加速度幅值曲線無法判斷用戶是在步行還是在原地操作手機。對于上述原地操作手機的動作，通用計步算法的誤判率接近100％。

發明內容

針對通用計步算法的不足，本發明公開了一種基于手機加速度和陀螺儀傳感器的計步方法，包括如下步驟：

步驟1，以100Hz頻率采集用戶手機加速度和角速度數據，計算合加速度與合角速度幅值，并將合角速度幅值存入數組al中；

步驟2，對合加速度幅值進行中值濾波；

步驟3，將合加速度幅值大于上閾值時的時間點記錄為t1，小于下閾值時的時間點記錄為t2，t1、t2單位均為ms，根據t1、t2判斷是否存在疑似邁步的合加速度曲線，如果是，轉入步驟4，否則轉入步驟1；

步驟4，將數組al中的值逐個與預設的合角速度閾值比較；

步驟5，如果數組al中所有的值均不超過合角速度閾值，則判定此刻為用戶邁出一步，將t1、t2、al重置，延遲t3時間(一般取值為330ms)后轉入步驟1；否則判定此刻為用戶原地操作手機，不計步，將t1、t2、al重置，轉入步驟1。

步驟1包括如下步驟：

步驟1-1：以100Hz頻率采集用戶手機加速度和角速度數據，手機的加速度傳感器獲取的是沿手機x、y、z三軸方向上的加速度，分別為x_a、y_a、z_a；陀螺儀傳感器獲取的是繞x、y、z三軸旋轉的角速度，分別為x_g、y_g、z_g，合加速度幅值為合角速度幅值為將合角速度幅值存入長度為30的數組al中；

步驟1-2：陀螺儀傳感器剛開始采樣時，數組al中數據個數小于30，將新獲得的合角速度幅值按照al[0]～al[29]的順序存入，al[0]為數組a1中第一個位置；數組al中數據個數達到30后，先刪除最左邊的數據al[0]，并將其余數據左移1位，而后將新獲得的合角速度幅值存入al[29]中；目的是保存當前時刻前300ms內的合角速度幅值。