一种跟踪脚部运动特征的步行者定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于室内定位技术领域，涉及一种步行者定位方法及系统，特别是涉及一 种跟踪脚部运动特征的步行者定位方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着微机电系统（MEMS)的快速发展，使得基于微型传感器的步行者导航系统成 为可能。但是低成本的传感器器件，比如三轴加速度计，三轴陀螺仪，三轴磁力计等，存在不 可避免的测量漂移，会使得步行者惯性定位算法在段时间内跟踪失效，因为原始数据的误 差经过两次积分使得计算的位置误差以时间的三次方发散。但是，根据人体运动学研究成 果，在一个人的跨步周期中，存在一个脚部运动禁止时间段，在脚部运动禁止时间段内，我 们可以使用零速度校准（ZUPT)和零角速度校准（ZARU)辅助的EKF(扩展卡尔曼滤波器） 来对误差进行补偿，从而使得步行者惯性定位估算的误差降低到可接受范围。
[0003] 通过大量的文献调研与实验论证，一个高精度的零速度检查算法，对最终的步行 者定位的精度影响重大，尤其是对高度计算的精度影响。传统的零速度检查方法基于三轴 加速度计与三轴陀螺仪的原始数据，利用联合阈值条件判断方法或者基于统计学知识进行 判断。但是这些方法在高速运动时存在零速度区间内判断误差点和零速度区间边缘模糊的 问题。因此，现有步行者定位方法计算不高效，不稳定，零速度检测的准确性不高。
[0004] 因此，如何提供一种跟踪脚部运动特征的步行者定位方法及系统，以解决现有技 术中的步行者定位方法及系统无法满足实时计算要求，且计算不高效，不稳定，零速度检测 准确性不高等种种缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种跟踪脚部运动特征的 步行者定位方法及系统，用于解决现有技术中步行者定位方法及系统无法满足实时计算要 求，且计算不高效，不稳定，零速度检测准确性不高的问题。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种跟踪脚部运动特征的步 行者定位方法，通过分别佩戴在步行者上体和脚部的定位模块和传感模块执行，其中，所述 传感模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，所述跟踪脚部运动特征的步行者定 位方法包括：获取由所述定位模块提供的所述步行者的初始位置信息，及由所述传感模块 提供的所述步行者在每一个时刻的传感数据；其中，所述传感数据中包括所述步行者的初 始运动方向信息；根据所述传感数据计算所述步行者第k时刻的移动位置信息以获取未校 准的所述步行者第k时刻的移动位置信息；所述移动位置信息中包括位置信息计算误差； 其中，k为大于等于1的正整数；以所述步行者双脚中的一只脚作为参照脚，根据贝叶斯推 测算法判断所述参照脚在第k时刻是否处于静止状态；若是，继续执行下一步骤；若否，输 出未校准的所述步行者第k时刻的移动位置信息；对所述位置信息计算误差进行估计；校 准所述步行者第k时刻的移动位置信息，输出校准后的所述步行者第k时刻的移动位置信 肩、。
[0007] 可选地，采用惯性定位算法计算所述步行者第k时刻的移动位置信息。
[0008] 可选地，所述采用惯性定位算法计算所述步行者第k时刻的移动位置信息的步骤 是基于所述传感模块中三轴陀螺仪y轴数据，根据三轴陀螺仪y轴信号中跨步信号特征来 计算跨步周期。
[0009] 可选地，根据贝叶斯推测算法判断所述参照脚在第k时刻是否处于静止状态的步 骤具体包括：基于所述传感数据计算所述步行者的跨步周期；所述跨步周期包括脚接触阶 段、脚站立阶段，脚离地阶段、及脚摆布阶段；按照预定规则对应查询所述步行者在第k时 刻应该处于跨步周期中的哪个阶段，并获取查询结果；根据预存的陀螺仪设置阈值判断所 述参照脚是否处于静止状态，获取第一判断结果；若是，则所述第一判断结果与所述查询结 果进行比对，判断所述第一判断结果是否与所述查询结果一致，若是，则表示不存在潜在误 差点；若否，则表示存在潜在误差点，通过朴素贝叶斯估计所述潜在误差点是否处于零速度 区间，若是，则表示所述参照脚在第k时刻处于静止状态，若否，则表示所述参照脚在第k时 刻处于运动状态。
[0010] 可选地，对所述位置信息计算误差进行估计的步骤中是基于扩展卡尔曼滤波法对 所述位置信息计算误差进行估计。
[0011] 可选地，所述位置信息计算误差包括姿态误差，角速度偏置、位置误差、速度误差、 及加速度偏置。
[0012] 可选地，校准所述步行者第k时刻的移动位置信息的步骤还包括：采用姿态误差 通过一姿态误差矩阵对方向余弦矩阵进行修正；采用角速度偏置对第k+Ι时刻的角速度进 行补偿；其中，第k+Ι时刻的角速度=第k时刻的角速度+角速度偏置；采用加速度偏置对 第k+Ι时刻的加速度进行补偿；其中，第k+Ι时刻的加速度=第k时刻的加速度+加速度偏 置；采用位置误差对第k时刻的位置进行补偿；其中，所述第k时刻的位置=未校准的所述 步行者第k时刻的移动位置信息中的位置信息一位置误差；采用速度误差对第k时刻的速 度进行补偿；其中，所述第k时刻的速度=未校准的所述步行者第k时刻的移动位置信息中 的速度一速度误差。
[0013] 本发明另一方面还提供一种跟踪脚部运动特征的步行者定位系统，通过与分别佩 戴在步行者上体和脚部的定位模块和传感模块执行跟踪步行者定位，其中，所述传感模块 包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，所述跟踪脚部运动特征的步行者定位系统包 括：数据获取模块，用于获取由所述定位模块提供的所述步行者的初始位置信息，及由所述 传感模块提供的所述步行者在每一个时刻的传感数据；其中，所述传感数据中包括所述步 行者的初始运动方向信息；计算模块，用于根据所述传感数据计算所述步行者第k时刻的 移动位置信息以获取未校准的所述步行者第k时刻的移动位置信息；所述移动位置信息中 包括位置信息计算误差；其中，k为大于等于1的正整数；判断模块，用于以所述步行者双脚 中的一只脚作为参照脚，根据贝叶斯推测算法判断所述参照脚在第k时刻是否处于静止状 态；若是，则调用用于对所述位置信息计算误差进行估计的估计模块，用于校准所述步行者 第k时刻的移动位置信息的校准模块，及用于输出校准后的所述步行者第k时刻的移动位 置信息的第一输出模块；若否，调用用于输出未校准的所述步行者第k时刻的移动位置信 息的第二输出模块。
[0014] 可选地，所述计算单元采用惯性定位算法计算所述步行者第k时刻的移动位置信 肩、。
[0015] 可选地，所述判断模块包括：跨步周期计算单元，用于基于所述传感数据计算所述 步行者的跨步周期；所述跨步周期包括脚接触阶段、脚站立阶段，脚离地阶段、及脚摆布阶 段；查询单元，用于按照预定规则对应查询所述步行者在第k时刻应该处于跨步周期中的 哪个阶段，并获取查询结果；第一判断单元，用于根据预存的陀螺仪设置阈值判断所述参照 脚是否处于静止状态，获取第一判断结果；若是，则调用用于将所述第一判断结果与所述查 询结果进行比对，判断所述第一判断结果是否与所述查询结果一致，若是，则表示不存在潜 在误差点；若否，则表示存在潜在误差点，调用用于通过朴素贝叶斯估计所述潜在误差点是 否处于零速度区间的第二判断单元，若是，则表示所述参照脚在第k时刻处于静止状态，调 用所述估计模块和校准模块，若否，则表示所述参照脚在第k时