一种用于室内行人导航装置的高程定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高程定位方法，特别是一种用于室内行人导航装置的高程定位方 法。
【背景技术】
[0002] 为了能够准确的定位室内人员所在的楼层信息，室内行人导航装置必须提供足够 精确的人员高程信息，从而进行楼层匹配。但是，现有的基于微惯性测量单元的室内行人导 航装置器件精度低，利用传统的捷联惯性导航算法得到的高程误差会迅速增大。基于"零 速修正"原理的微惯性行人导航方法的高程定位精度虽然大幅提高，但是依然无法完全抑 制高程误差的累积，不能满足长时间连续定位的需求，同时，要求将惯性测量单元固定在脚 部，在实际应用中局限性较大。气压计通过感应大气压变化来判别高程信息，但是气压计输 出的高程受大气温度变化、对流等因素影响较大，在火灾救援等特殊的室内环境下，高程扰 动较大。针对上述问题，需要一种能够适应多种环境要求、定位结果稳定可靠的高程解算方 法。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于提供一种用于室内行人导航装置的高程定位方法，解决现有的基 于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航装置高程定位精度低、环境适应性差的问题。
[0004] 一种用于室内行人导航装置的高程定位方法，其具体步骤为： 第一步构建基于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航系统 基于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航系统，包括：微传感器模块、定位解算模 块和数据传输模块。
[0005] 微传感器模块的功能为：测量人员行走时躯体的角速度、躯体的加速度和环境大 气压信息，并对上述信息进行定时采集和预处理。
[0006] 定位解算模块的功能为：根据微传感器模块采集的数据，解算人员的水平位置和 高程信息。
[0007] 数据传输模块的功能为：向外界输出人员的水平位置和高程信息。
[0008] 第二步微传感器模块定时采集和预处理人体运动信息 微传感器模块安装在人体躯干或下肢上，包括：微惯性测量单元、微气压计和数据采集 预处理器。其中，微惯性测量单元包含三个相互正交的测量轴，每个测量轴上安装一个MEMS 陀螺和一个MEMS加速度计，用于测量人体运动的角速度和加速度。微气压计用于测量大气 压。数据采集预处理器定时采集微惯性测量单元和微气压计的数据，对数据进行补偿和预 处理，并将处理后的数据传输给定位解算模块。
[0009] 第二步定位解算模块计算人员尚程?目息 定位解算模块接收到微传感器模块的数据后，开始执行高程计算； 将方位角炉置零，利用比力尨和重力加速度&计算零方位角条件下的姿态方向余弦矩 阵￡^?_=切，并以此来初始化捷联惯导的姿态方向余弦矩阵爾？； 利用气压数据计算气压高程\，并用气压高程的平均值I初始化捷联惯导的高程私， 即 A = ; 利用角速度更新姿态方向余弦矩阵if ; 以CS*(贤=?为观测量，进行水平姿态信息融合，估计和修正捷联惯导的水平姿态误差， 得到修正后的姿态方向余弦矩阵#; 利用％将比力石分解到竖直方向上，并更新捷联惯导的竖直速度K和高程ft; 以时间为自变量，对最近2s内的捷联惯导高程数据进行一阶线性拟合，根据拟合得到 的斜率和标准差判断人员是否处于平走或静止状态，当斜率绝对值小于设定的斜率阈值且 标准差小于设定的标准差阈值时，则判定人员处于平走或静止状态，否则，判定人员处于上 下楼状态。其中，斜率阈值的取值范围为：0.08~0. 1，标准差的阈值由微传感器模块的安装 部位确定，当安装在人体躯干部位时取〇. 06~0. 1之间；当安装在下肢部位时取0. 1~0. 2之 间；安装位置越靠下，标准差阈值应越大。
[0010] 当人员处于平走或静止状态时，以"零竖直速度"为观测量，进行高程信息融合，估 计和修正捷联惯导的高程误差、速度误差、加速度误差和气压高程扰动误差。当人员处于上 下楼状态时，以气压高程为观测量，进行高程信息融合，估计和修正捷联惯导的高程误差、 竖直速度误差和竖直加速度误差； 数据传输模块向外界输出高程数据，并记录最新2s内的捷联惯导高程，根据微传感器 模块的采样节拍，重复上述的高程计算流程，行人导航装置持续输出人员的高程信息，直到 停止使用为止。
[0011] 至此完成了用于室内行人导航装置的高程定位。
[0012] 本发明解决了基于微惯性测量单元+微气压计的室内行人导航装置在复杂室内 环境下高程定位精度低、环境适应性差的问题，采用运动状态识别+高程双模信息融合的 方法，实现了高程的长时间精确定位，具有原理清晰、易于实现、环境适应性强的特点，能够 提高基于微惯性测量单元+微气压计的室内行人导航装置在复杂室内环境下的适用能力。
【附图说明】
[0013] 图1 一种用于室内行人导航装置的高程定位方法所述基于微惯性测量单元+微气 压计的室内行人导航装置系统组成示意图。
[0014] 1.微传感器模块2.定位解算模块3.数据传输模块。
【具体实施方式】
[0015] -种用于室内行人导航装置的高程定位方法，其具体步骤为： 第一步构建基于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航系统 基于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航系统，包括：微传感器模块1、定位解算 模块2和数据传输模块3。
[0016] 微传感器模块1的功能为：测量人员行走时躯体的角速度、躯体的加速度和环境 大气压信息，并对上述信息进行定时采集和预处理。
[0017] 定位解算模块2的功能为：根据微传感器模块1采集的数据，解算人员的水平位置 和高程信息。
[0018] 数据传输模块3的功能为：向外界输出人员的水平位置和高程信息。
[0019] 第二步微传感器模块1定时采集和预处理人体运动信息 微传感器模块1安装在人体躯干或下肢上，包括：微惯性测量单元、微气压计和数据采 集预处理器。其中，微惯性测量单元包含三个相互正交的测量轴，每个测量轴上安装一个 MEMS陀螺和一个MEMS加速度计，用于测量人体运动的角速度和加速度。微气压计用于测量 大气压。数据采集预处理器定时采集微惯性测量单元和微气压计的数据，对数据进行补偿 和预处理