[發明專利]一種行人航跡推算質量控制方法

在審

• 申請號: 202210166227.8
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114623825A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 柳景斌;楊盛;龔曉東;黃格格;趙智博;白羽;劉德龍
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/12
• 分類號: G01C21/12;G01C21/16;G01C21/18;G01C21/20
• 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: 王琪

本發明提供一種行人航跡推算質量控制方法，包括如下步驟：首先，結合手機內置IMU數據測量值，進行低動態判斷，運用低動態狀態下加速度量測值校正陀螺積分系統，得到當地坐標系下的加速度測量值及手機動態性指標；其次，結合三軸加速度平滑數據和步頻檢測方法得到的行人步伐時刻，記錄當前步伐內平均加速度數據；再次，結合相鄰步伐間加速度數據，運用動態時間規整算法，得到行人運動連續性指標；最后結合手機動態性指標與行人運動連續性指標，得到行人航跡推算質量控制指標，為PDR遞推質量提供數值依據，實現PDR遞推精度的可靠預測。本發明有效結合手機動態性與行人運動連續性信息，為行人航跡推算質量提供判斷依據。

技術領域

本發明屬于室內定位技術領域，具體涉及一種行人航跡推算質量控制方法。

技術背景

基于手機的室內定位技術作為萬物互聯的重要一環，已經應用在人們的日常生活中，例如在商場、停車場、火車站等。行人航跡推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)無需安裝外部設備，已經成為了手機室內定位主要技術之一。它主要基于行人行走周期性特點進行定位，主要包括三個步驟：步伐檢測、步長估計、航向估計。與傳統捷聯慣性導航不一樣的是，它不通過對加速度計測量值進行兩次積分得到位置，更適合于低精度的慣性測量單元傳感器(Inertial Measurement Unit,IMU)。然而，由于行人行走的復雜性與任意性，基于手機的PDR步伐檢測對行人行走動作敏感。行人運動方向與手機航向方向存在安裝角誤差，且在行進過程中安裝角度會發生變化，這將影響PDR實際應用中的可靠性與穩定性。

為了提高基于手機的PDR可靠性，最常用的方法一方面是增加PDR步伐檢測的復雜性，另一方面是通過主成分分析方法(Principal Component Analysis,PCA)實時估計行人運動方向。但在實際操作時，由于行人運動的隨意性與行人攜帶手機方式的易變性，單獨運行PDR很難獲得穩定可靠的定位結果。因此，研究如何可靠控制PDR遞推質量，將具有重要應用價值與意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種行人航跡推算質量控制方法。所述方法以智能手機為平臺，智能結合內置加速度計、陀螺儀傳感器，在行人行進過程中運用實時航向可靠估計、加速度滑動窗口分析，得到手機動態性指標與行人運動連續性指標。結合這兩種指標，為PDR遞推質量提供判斷基準。此方法也適用于室內定位其他平臺的應用。

進一步地，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1、結合手機內置三軸陀螺儀和三軸加速度數據，結合慣性導航陀螺積分原理，運用低動態狀態下檢測重力加速度，得到當地坐標系下東方向和北方向角速度測量值，以此得到手機動態性指標；

步驟2、結合手機內置三軸加速度數據，運用滑動窗口平滑加速度數據；運用步頻檢測方法探測行人行走步伐時刻，并記錄每步間隔內的平滑加速度數據；

步驟3、結合每步間隔內的平滑加速度數據，運用動態時間規整算法(DynamicTime Warping,DTW)計算相鄰步伐間加速度數據的相似性，以此得到行人運動連續性指標；

步驟4、結合手機動態性指標和行人運動連續性指標，得到行人航跡推算質量控制指標，為PDR遞推質量提供依據。

步驟5，結合基于PDR的多源融合系統，通過行人航跡推算質量控制指標，動態調整融合系統時間更新的過程噪聲，以此實現對行人航跡推算的質量控制。將質量控制指標運用至基于PDR的多源融合系統時間更新過程噪聲中，以此提高融合系統的穩健性與可靠性。

進一步地，步驟1具體為：運用三軸陀螺儀與三軸加速度數據，判斷手機是否屬于低動態狀態，如公式1所示；在低動態狀態下運用三軸加速度測量值實時校正陀螺積分系統；基于陀螺積分系統，計算當地坐標系下東方向角速度測量值和北方向角速度測量值，得到手機動態性指標，如公式2所示。