一种自适应步长的室内轨迹追踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及室内定位追踪方法，更具体地说，涉及一种自适应步长的室内轨迹追 踪方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，GPS等卫星导航定位方式可以在室外卫星信号良好的地方进行导航定 位，极大的方便了人们的生活。据统计，人们平均80-90%的时间在室内，70%的移动电话使 用和80%的数据连接使用连接来自室内。因此，人们对室内的位置服务（LBS)的需求越来 越多，但是由于GPS等卫星导航定位方式无法在室内环境中正常工作，那么如何解决室内 定位的问题就成为人们研究的一大热点。
[0003] 现在，已有大量的技术应用于室内定位，室内定位技术主要分为基站定位和惯导 定位两种。基站定位方式主要有：Wi-Fi定位，蓝牙定位及射频定位等。惯导定位方式就是 采用基于MEMS技术的惯性传感器，通过运动学定理实现导航定位。由于惯性导航定位方式 无需采用额外的基础设施或网络，可以在各种复杂的环境中实现自主定位，因此，惯性导航 定位在特定场合有着巨大的应用前景。例如，在公共安全和应急响应。每一个人都想被救 援人员精确定位到，大到建筑物的位置，甚至是楼层或者房间号。在这种情况下，基于基站 的定位方式由于基础设施或网络遭到破坏，无法实现定位功能，而惯性导航定位方式则不 受此影响，从而可以及时有效的实施救援工作，减少人员和财产损失。
[0004] 影响室内定位技术推广的主要原因是导航定位的精度和定位系统的成本问题。因 此，室内定位技术的研究重点是如何提高导航定位的精度和降低定位系统的成本，由于惯 性导航定位技术可以实现复杂环境中自主定位，无需额外设施或网络的特点，符合人们对 室内定位的精度和成本的要求,所以惯性导航定位成为各大研究机构的研究重点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种准确计算每一步的步长，提高 导航定位的精度，促进惯性导航定位应用的推广的自适应步长的室内轨迹追踪方法。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种自适应步长的室内轨迹追踪方法，设定每一步行走的初始速度与结束速度为 零，判断是否处于行走状态，如果是，则采集每一步内加速度的个数，根据加速度、加速度的 采样时间，计算获得第一步的步长；结合每一步的方向，将每一步进行矢量叠加，获得运动 轨迹。
[0008] 作为优选，行走状态的判断具体为：预设静态阀值、动态阀值，其中动态阀值大于 静态阀值，当陀螺仪输出的每一步的实时角速度小于静态阀值，则表示处于静止状态，大于 动态阀值，则表示处于行走状态。
[0009] 作为优选，当处于静止状态时，角速度大于动态阀值则进入运动状态，角速度大于 静态阀值但小于动态阀值则仍处于静止状态；当处于运动状态时，角速度小于静态阀值则 进入静止状态，角速度小于动态阀值但大于静态阀值则仍处于运动状态。
[0010] 作为优选，设定每个加速度的采样时间相等，则每个加速度的位移为
【主权项】
1. 一种自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，设定每一步行走的初始速度与 结束速度为零，判断是否处于行走状态，如果是，则采集每一步内加速度的个数，根据加速 度、加速度的采样时间，计算获得第一步的步长；结合每一步的方向，将每一步进行矢量叠 加，获得运动轨迹。
2. 根据权利要求1所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，行走状态的 判断具体为：预设静态阀值、动态阀值，其中动态阀值大于静态阀值，当陀螺仪输出的每一 步的实时角速度小于静态阀值，则表示处于静止状态，大于动态阀值，则表示处于行走状 态。
3. 根据权利要求2所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，当处于静止 状态时，角速度大于动态阀值则进入运动状态，角速度大于静态阀值但小于动态阀值则仍 处于静止状态；当处于运动状态时，角速度小于静态阀值则进入静止状态，角速度小于动态 阀值但大于静态阀值则仍处于运动状态。
4. 根据权利要求1所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，设定每个加 速度的采样时间相等，则每个加速度的位移为Si = 其中i = l、2、3……而为第i段 位移；Si为第i个加速度；t为采样时长； 每一步的步长为：S= X ((2N-1) X aj (2N-3) X a2+…+aN》X t2，其中，S为每一步 的步长，N为每一步采集加速度的个数，a为加速度，t为每个加速度的采样时长。
5. 根据权利要求4所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，将加速度变 换为导航坐标系后，加速度变换为<，《4)， 则每一步的步长为：
其中，S为每一步的步长,S35为每一步的东向位移,Slit为每一步的北向位移，ai、分 另Ij为东向加速度与北向加速度，flag为每一步采集加速度的个数，t为每个加速度的采样 时长。
6. 根据权利要求5所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，加速 度计输出的加速度通过四元数坐标变换矩阵变换为导航坐标系
7. 根据权利要求1所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，每一步的方 向由航向姿态角决定，航向姿态角由如下方程组得出： n r\c ν r? r< c· ttf J_ c I n vein irr c· I n /3 - r* r? c 1/ c I n ttf J_ c 1 n 0/ n ^ c Hf c I n /? - cin ?/ n r\c d
航向角，Θ为俯仰角，Y为翻滚角；航向姿态角包括航向角、俯仰角、翻滚角。
8. 根据权利要求6或7任一项所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，四 元数坐标变换矩阵由陀螺仪输出的角速度采用四元数微分方程计算得出，具体为： dQ I _ ^ dt 2 其中，〇((1(|，(11，(12，(13)为四元数，《为陀螺仪输出的角速度，(8)为四元数乘法，计算得到 四元数坐标变换矩阵G
9. 根据权利要求1所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，每一步内的 加速度的个数的确定，具体为：实时检测陀螺仪输出的角速度，如果当前时刻的角速度小于 静态阀值，将采样标志位置1，等待下一时刻的角速度；当角速度大于动态阀值时，采样标 志位加1，直到角速度再次小于静态动态阀值，结束当前一步的加速度的个数计算。
10. 根据权利要求1所述的自适应步长的室内轨迹追踪方法，其特征在于，陀螺仪的X 轴固定为前进方向，Y轴的数据分量用于判断行走状态。
【专利摘要】本发明涉及一种自适应步长的室内轨迹追踪方法，设定每一步行走的初始速度与结束速度为零，判断是否处于行走状态，如果是，则采集每一步内加速度的个数，根据加速度、加速度的采样时间，计算获得第一步的步长；结合每一步的方向，将每一步进行矢量叠加，获得运动轨迹。为了提高惯性导航定位系统的姿态检测的准确性和减少步长计算误差，从而改善导航定位的精度，基于MEMS惯性传感器的室内行人轨迹追踪，本发明采用自适应的机制可以准确计算每一步的步长，提高导航定位的精度，促进惯性导航定位应用的推广。
【IPC分类】G01C21-16
【公开号】CN104634345
【申请号】CN201510042490
【发明人】莫冰, 朱金林, 杨逸纯, 曾显彬, 毛文辉, 蔡钧
【申请人】华侨大学, 福州曲直电子科技有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日