[發明專利]一種健壯的基于IMU的室內行人步態檢測方法

在審

• 申請號: 202010029872.6
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111189448A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 董亞軍;劉宇宇;何瑞
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 蔡龍寶

本發明公開了一種健壯的基于IMU的室內行人步態檢測方法。步態檢測是基于慣性導航的行人室內導航定位方法中不可缺少的步驟，可用對速度的校準中。當檢測到腳處于靜止態時，可將積分得到的速度歸零，抑制速度的漂移誤差。由于在高動態情形下，陀螺儀的性能優于加速度計，提出的步態檢測方法基于MEMS陀螺儀傳感器的數據判斷步態特征。實驗結果表明，提出的步態檢測方法的適應能力強，無論是走動還是跑動狀態下能精確識別出行人腳的靜止態。相比較于傳統的步態檢測算法，這種步態檢測方法具有廣闊的應用前景和應用效果。

技術領域

本發明涉及行人室內導航定位領域，尤其涉及一種健壯的基于IMU(InertialMeasurement Unit)的室內行人步態檢測方法。

背景技術

使用可穿戴的IMU進行行人航位推算一直是安全應用、醫療監護和基于位置服務等商業應用的研究熱點。目前衛星導航系統已經廣泛地應用在軍事和民用的多個領域，然而當有建筑物或其他物體遮擋時，衛星導航系統的定位精度較差或無法定位。基于可穿戴IMU的行人航位推算方法不受建筑物遮擋的影響，因此在室內定位中得到了廣泛的研究。同時，由于基于慣性導航技術的定位方法在短期內的定位精度高，因此慣性導航成為了目前研究的熱點。微機電系統(MEMS)慣性器件有體積小、成本低以及功耗低的優點，因此采用MEMS慣性器件進行行人室內定位是極具實用價值的研究方向。目前，基于MEMS技術的慣性傳感器是慣性器件中的一個新興種類。商品化的MEMS器件直到20世紀90年代才出現，但由于器件可直接在硅片表面加工而成，不僅體積與重量極其微小，而且十分便于大批量生產，從而在成本上具有無可比擬的優勢。另外，相比于傳統的機械式設計和光學設計，MEMS傳感器表現出非常優良的抗沖擊性能。然而，目前大多數的MEMS傳感器精度相對比較低。因此，傳感器非常適合于低成本、低精度應用場合，例如消費類電子產品、微型無人飛行器、人體運動姿態測量等。但由于MEMS慣性傳感器存在漂移大、器件精度低的問題，因此采用MEMS慣性器件進行行人室內定位時，通常采用ZUPT(Zero Velocity Update)輔助的手段來抑制誤差累積，通過周期性的誤差清零，能夠有效提高系統的解算精度。因此，通過ZUPT輔助的方法是當前行人導航系統的主要研究方法。

在基于慣性導航技術的行人室內定位方法中，通過采用ZUPT修正方案來對行人導航結果進行不斷的修正，但是行人行走過程中，腳掌與地面接觸并保持相對靜止的時間是十分短暫的，因此，步態檢測是行人導航的核心，準確、有效地檢測步態中的零速區間能提高系統的精度。由此可見，步態檢測技術在室內行人導航應用是非常的重要。由于腳在靜止態的速度顯然為零，因此當檢測到步態為靜止態時將速度校準為零，對速度進行修正，以防止速度漂移的累計誤差，影響導航的結果，即零速更新，這是最為常用也是精度最高的方法之一。因此，步態檢測的準確性是決定定位精度的重要因素。

傳統的步態檢測算法包括利用傳感器輸出參量的模值、方差、幅值、峰值并通過設定閾值來進行步態檢測。這些方法往往是包含單一的處理方法，如對角速度或者加速度進行單一處理，在使用時存在一定的弊端，因為行人走動和跑動時需要的算法參數是不同的。并且不同行人的步態特征差異較大，因此這些方法對不同行人步態檢測的精度差異較大，效果時好時壞，因此實用性較差。為此，我們提出了一種魯棒性強的步態檢測算法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種健壯的基于IMU的室內行人步態檢測方法，達到行人走動和跑動步狀態下步態的精確識別，可以有效地解決背景技術中的問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種健壯的基于IMU的室內行人步態檢測方法，通過以下兩個步驟判斷步態：