[發明專利]基于最優區間估計的行人導航零速區間檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 202010840551.4
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111707294B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 潘獻飛;陳澤;穆華;吳美平;張書芳;安郎平;王莽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本申請涉及一種基于最優區間估計的行人導航零速區間檢測方法和裝置。所述方法包括：獲取一步周期中的行人導航的加速度信號，構建其相對于初始靜止對準時刻的加速度值的相對變化函數，根據相對變化函數值獲取候選零速區間，以候選零速區間分布的中心點為零速基準點。根據行人導航加速度信號在一步周期中的分布特征，對包括零速基準點的候選零速區間進行粗搜索和精搜索，得到符合零速區域內加速度值分布特點的區間，得到行人導航的零速區間檢測結果。上述方法利用行人導航加速度信號在一步周期內的分布和變化規律，實現了不受行人運動狀態差異的零速區間檢測，并且不需要事先獲取導航對象的先驗信息，具有實現簡單、計算量小且適用范圍廣的特點。

技術領域

本申請涉及慣性行人導航技術領域，特別是涉及一種基于最優區間估計的行人導航零速區間檢測方法和裝置。

背景技術

日常生活中行人導航系統具有極其廣泛的應用需求，而隨著微機電系統（MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem）技術的迅猛發展，慣性傳感器越來越多地應用于行人導航系統，使得基于慣性的導航技術成為了實現行人自主導航的關鍵。慣性傳感器不需要對目標環境進行提前準備，還可以避免衛星導航系統受使用場景限制較大的問題，因此具有適用范圍廣、抗外界干擾能力強、可提供自主導航能力等特點。然而慣性傳感器在測量過程中存在誤差，經過積分運算后會導致導航誤差發散，因此要需要通過外界觀測的約束條件對導航結果進行修正，零速修正算法是解決慣性誤差發散的重要方法之一。

基于閾值的零速檢測法是經典的零速檢測方法，只要閾值選擇合適，就能獲得較好的導航結果。然而人體運動的多樣性使MEMS輸出的測量信號較為復雜，固定的閾值無法滿足在不同行人在不同運動狀態下零速區間檢測的需要，因此如何適應不同的運動狀態選擇恰當的閾值成為了難點。

另一方面，隨著人工智能（AI）技術，特別是深度學習的發展，給零速檢測算法提供了新的思路，基于AI方法的零速檢測器取得了較好的效果，具有較好的實時零速檢測能力。但是這種方法需要足夠多并且具有代表性的訓練數據，其獲取代價較大。同時由于機器學習對訓練數據的依賴性較強，在訓練過程中存在過擬合現象，將基于有限數據集訓練出的模型運用到眾多未知的目標對象上，模型的適用性是存在疑問的，這也是基于AI方法的零速檢測器的缺陷之一。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種數據獲取代價低、適用于各種目標對象的基于最優區間估計的行人導航零速區間檢測方法和裝置。

一種基于最優區間估計的行人導航零速區間檢測方法，所述方法包括：

獲取一步周期中的行人導航的加速度信號，構建加速度信號相對于初始靜止對準時刻的加速度值的相對變化函數。

根據預設的相對變化函數值范圍獲取一步周期中的候選零速區間，根據候選零速區間在一步周期中分布的中心點得到零速基準點的位置。

分別獲取零速基準點前后相對變化函數的最大值點，對最大值點之間的區間進行粗搜索，得到相對變化函數的最大值小于預設值的粗搜索零速區間。

從粗搜索零速區間的兩個端點向區間內進行精搜索，獲取當前精搜索區間端點處相對變化函數的端點值，以及獲取當前精搜索區間中相對變化函數的數學期望值，當端點值對數學期望值的影響小于預設值時，根據當前精搜索區間得到行人導航的零速區間檢測結果。

其中一個實施例中，獲取一步周期中的行人導航的加速度信號，構建加速度信號相對于初始靜止對準時刻的加速度值的相對變化函數的步驟包括：

獲取一步周期內的行人導航的加速度信號。

以時間為變量，得到一步周期內加速度信號與初始靜止對準時刻的加速度值的比值表達式。

使用預設的凸函數將比值表達式映射到優化空間中，得到對應的相對變化函數。