[發明專利]一種基于梯度下降的自適應步長估計方法

在審

• 申請號: 201811396643.7
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109459028A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 劉昊;蔡磊磊;鄒濤
• 申請（專利權）人: 東南大學;東南大學—無錫集成電路技術研究所;南京三寶科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

1.一種基于梯度下降的自適應步長估計方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1，通過加速度計采集的數據進行步態檢測，計算步數；

步驟2，根據互補濾波算法，利用加速度計數據和磁力計數據修正陀螺儀數據，然后求解四元素微分方程，進行姿態解算，解算出航向角；

步驟3，建立自適應步長估計模型，采集大量樣本對模型進行訓練，使用梯度下降算法迭代計算出步長估計模型的參數；

步驟4，采用航跡推測算法推測出行人的位置。

2.如權利要求1所述的一種基于梯度下降的自適應步長估計方法，其特征在于：所述步驟1的具體過程是：

步驟11，使用智能手機采集自帶的IMU傳感器的數據，包括加速度計的數據；

步驟12，對加速度計的三軸數據進行歸一化處理：其中，a_x、a_y、a_z分別為x、y、z軸的加速度數據；然后減去重力加速度的影響，得到總加速度a；

步驟13，采用均值濾波對總加速度a進行平滑處理；

步驟14，采用過零檢測進行步態檢測，進而計算步數。

3.如權利要求1所述的一種基于梯度下降的自適應步長估計方法，其特征在于：所述步驟2的具體過程是：

步驟21，采用四元素進行姿態解算，四元素表示繞向量(v_x,v_y,v_z)旋轉θ角的三維旋轉；

步驟22，姿態解算的核心是求解四元素的微分方程：

式中，分別表示機體坐標系相對于地理坐標系沿各個軸向的角速度分量；

步驟23，采用加速度計的數據對姿態的俯仰角pitch，橫滾角roll使用互補濾波進行補償，采用磁力計的數據對姿態的偏航角yaw進行補償，再將陀螺儀的數據代入四元素的微分方程，求解四元素q；

步驟24，得到四元素后，按照以下公式對q進行轉化：

β＝sin^-1(-2*(q₁*q₃-q₀*q₂))

其中，α為橫滾角roll，β為俯仰角pitch，γ為偏航角yaw，其中的偏航角就是航向角。

4.如權利要求1所述的一種基于梯度下降的自適應步長估計方法，其特征在于：所述步驟3的具體過程是：

步驟31，根據行人行走過程中的加速度數據，判斷行人的行走狀態；

步驟32，對步長進行建模，步長其中，F代表行人行走的步頻，Av代表加速度的方差，ω代表誤差，a，b為步長估計模型的參數；

步驟33，采集不同行人不同狀態的大量樣本，對步長模型使用梯度下降算法對參數進行訓練，得出不同狀態下的自適應步長估計模型。

5.如權利要求4所述的一種基于梯度下降的自適應步長估計方法，其特征在于：所述步驟31中，首先進行步態檢測，檢測到后，判斷加速度計的方差是否大于閾值，若大于閾值則使用跑狀態下的步長估計模型計算步長，小于閾值則使用走狀態下的步長估計模型計算步長。

6.如權利要求1所述的一種基于梯度下降的自適應步長估計方法，其特征在于：所述步驟4中，設初始坐標為(N₀,E₀)，則下一步的坐標表示為：

其中S(t₀)為第一步的步長，α₀(t₀)為第一步的航向角；

依次類推：

根據上式，根據每一步的步長與方向推算出相對于起始點的位置，其中S(t_i)為第i+1步的步長，α_i(t_i)為第i+1步的航向角。