[發明專利]一種穩健的室內定位航向角度估計方法

在審

• 申請號: 202110075065.2
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112902962A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 柳景斌;楊盛;劉德龍;龔曉東;黃格格;白羽;續東;尹斐
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C21/18;G01C21/08;G01C21/00;G01C25/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

1.一種穩健的室內定位航向角度估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取行人運動過程中的IMU數據、磁力計數據；基于所述IMU數據和所述磁力計數據判斷行人的行走軌跡是否為直線路徑；若為直線路徑，則在經典步長模型輔助下，確定行人行走直線路徑長度；

步驟2、通過WiFi或藍牙獲得粗定位信息，基于所述粗定位信息和所述行人行走直線路徑長度，判斷行人當前所處位置對應的場景區域類型，并得到場景信息，所述場景信息包括當前場景對應的所有的待選直線軌跡；

步驟3、將所述磁力計數據與當地磁場模型進行對比，消除磁干擾粗差；基于步驟1獲得的行人運動信息，得到行人行走直線時平均磁角度，消除磁航向角度粗差；

步驟4、結合步驟1得到的行人運動信息和步驟2得到的所述場景信息進行建筑物地圖角度匹配，得到第一航向角；采用步驟3得到的所述行人行走直線時平均磁角度對所述第一航向角進行校正，得到最終選取的建筑物地圖航向角。

2.根據權利要求1所述的穩健的室內定位航向角度估計方法，其特征在于，所述步驟1中，所述IMU數據包括陀螺儀三軸原始數據和加速度計三軸原始數據，所述陀螺儀三軸原始數據記為ω_x、ω_y、ω_z，所述加速度計三軸原始數據記為a_x、a_y、a_z；所述磁力計數據包括磁力計三軸原始數據，記為m_x、m_y、m_z；

判斷行人的行走軌跡是否為直線路徑采用如下公式：

|θ_k-θ_k-1|＜γ₂ (2)

若滿足公式(1)和(2)，則判定行人的行走軌跡為直線路徑；

其中，N為行人在直行探測窗口長度范圍內陀螺儀三軸原始數據的采集數目；為在第i時刻當地水平坐標系下垂直方向的陀螺儀測量值，σ為陀螺噪聲；θ_k為行人行走第k步對應的航向角，θ_k-1為行人行走第k-1步對應的航向角，航向角通過結合所述磁力計三軸原始數據和所述加速度計三軸原始數據得到；γ₁為第一探測閾值，γ₂為第二探測閾值。

3.根據權利要求2所述的穩健的室內定位航向角度估計方法，其特征在于，所述步驟1中，所述行人行走直線路徑長度采用如下公式獲得：

其中，D為行人行走直線路徑長度，S為行人直行步數，直行步數通過探測加速度幅值的波峰數目得到；K為經典步長模型中的刻度因子項；a_max和a_min為行人直行過程中在每步探測到的加速度幅值最大值和加速度幅值最小值；a_max和a_min通過所述加速度計三軸原始數據變換得到。

4.根據權利要求1所述的穩健的室內定位航向角度估計方法，其特征在于，所述步驟2中，結合地圖信息和建筑物實景，將室內環境劃分為多個場景區域；

根據所述粗定位信息對應的坐標是否在某個場景區域的坐標范圍內，并結合所述行人行走直線路徑長度與第三探測閾值的大小關系，判斷行人當前所處位置對應的場景區域類型。

5.根據權利要求4所述的穩健的室內定位航向角度估計方法，其特征在于，將室內環境劃分為寬區域、辦公區域、走廊區域；

判斷行人當前所處位置對應的場景區域類型采用如下公式：

其中，P_M表示連續M個粗定位位置，D為行人行走直線路徑長度，γ₃為第三探測閾值。

6.根據權利要求1所述的穩健的室內定位航向角度估計方法，其特征在于，所述步驟3中，消除磁干擾粗差采用如下公式：

其中，m_x、m_y和m_z為磁力計的實測值，M0為當地參考磁場幅值，γ₄為第四探測閾值。