步骤3.2、利用MEMS输出的四元数生成坐标转换矩阵，利用转换矩阵将基于MEMS载 体坐标系的加速度转换到地理坐标系，得到基于地理坐标系的加速度，并去除重力加速度， 转换关系如下：
[0033]
[0034] 其中：[axayaz]表示载体坐标系下的Ξ轴加速度，[aNaE3D]表示地理坐标系下 的Ξ轴加速度，g表示重力加速度，一般取9.8m/s2，[qoqiQ2Q3]表示四元数，具体为：
[0035] q〇= cos(a/2)
[0036] qi = sin(a/2)cos(0x)
[0037] q2= sin(a/2)cos(0y)
[0038]q3=sin(a/2)cos(0z)
[0039]其中：α是绕旋转轴旋转的角度，cos(f3x)、cos(f3y)、cos(f3z)为旋转轴在方向的分 量。
[0040] 步骤3.3、根据地理坐标系下的Ξ轴加速度得到合加速度
利用阔 值进行步态检测，将连续的运动划分为每一个单步的集合，得到零速率修正点。检测方法 为:选取合加速度中的极大值点，并且极大值点满足下列关系，即：相邻极大值点的时间间 隔大于设定的阔值和极大值大于设定的阔值。式子如下：
[0041]
[0042]其中：Δ T表示两个零速率修正点的时间间隔，TTh和ATh表示根据经验设定的临界 值。
[0043] 步骤3.4针对每一个运动单步，对地理坐标系下的Ξ轴加速度[aNaEBD]进行二次 积分得到运动的单步步长，积分方法如下所示：
[0044]
[0045] 其中：St表示MEMS模块的采样间隔，本模块为1/125s;[vn_oVE_o VD_o]表示初始时 刻地理坐标系下的Ξ轴速度；[VN_i VE_i VD_i]表示第i时刻地理坐标系下的Ξ轴速度；
[0046]
[0047] 其中：St表示MEMS模块的采样间隔，本模块为1/125s;[Sn_oSe_oSd_o]表示初始时 刻地理坐标系下的Ξ轴位移；[SN_iSE_iSD_i]表示第i时刻地理坐标系下的Ξ轴位移；
[004引进而，可W计算出该单步的步长
[0049] 步骤3.5、对每一个单步进行累加，就可W得到任意时刻的运动步长；
[0050] 步骤3.6、利用四元数和地磁数据对运动方向进行估计；
[0051] 步骤4、在两种定位方案切换时，可W利用智能手机定位终端的蜂窝网络校准初始 点的位置;基于MEMS定位方案中可W利用智能手机定位终端接收已有的WI-FI信号，校准人 员行进的位置。利用智能手机定位终端的蜂窝网络提高初始位置的精度;在GPS信号强度弱 时，启用基于MEMS的定位方案，利用智能手机定位终端接收Wi-Fi信号，进行地图匹配，提高 定位精度；
[0052] 步骤5、在整个定位的过程中，利用智能手机Wi-Fi模块和MEMS传感器模块采集已 有的Wi-Fi数据和地磁数据，建立WI-FI指纹库和地磁指纹库，并且在智能手机定位终端连 接Wi-Fi时，上传采集的WI-FI数据和地磁数据到服务器，更新Wi-Fi指纹库和地磁指纹库。
[0053 ]本发明提供一种结合基于GPS定位方案和基于MEMS定位方案的室内外无缝定位的 系统，系统的实时性和精度取决于智能手机性能W及基于MEMS定位方案的算法。本方案没 有详细说明的部分可W应用现有技术进行实现和优化。
【主权项】
1. 一种室内外无缝定位方法，其特征在于，利用基于GPS定位和基于MEMS定位这两种定 位方案的切换，该方法的流程具体包括以下步骤： 步骤(1)、智能终端定时刷新、检测GPS信号的强度，判断GPS信号强度： 当GPS信号强度大于等于阈值时，启动基于GPS的定位方案；当GPS信号强度小于阈值 时，启动基于MEMS的定位方案； 步骤(2)、在两种定位方案切换时，基于GPS定位方案利用智能终端的蜂窝网络校准人 员初始点的位置;基于MEMS定位方案利用智能手机定位终端接收已有的WI-FI信号，校准人 员行进的位置； 步骤(3)、在智能终端连接WI-FI时，上传地磁数据和WI-FI数据到服务器，更新地磁指 纹库和Wi-fi指纹库。2. 如权利要求1所述的一种室内外无缝定位系统，其特征在于，所述步骤（1)中检测GPS 信号的强度，具体包括以下步骤： 智能终端的GPS模块接收GPS信号，获得GPS信号强度SGPS，判断条件表示如下： Sgps之Sgps-TH，或 Sgps〈Sgps-TH 其中：Scpsjra是GPS信号强度阈值。3. 如权利要求1所述的一种室内外无缝定位系统，其特征在于，所述启动基于GPS的定 位方案还具体包括以下处理： 智能终端调用Google地图API，加载Google地图，启动基于GPS的定位方案；采用基于GPS定位方案时，置于行人脚尖的MEMS传感器采集人员行走的运动数据和地磁数据，对加速 度计和陀螺仪进行误差校准，进行步态检测、步长计算和方向估计，推算出人员的位置。4. 如权利要求1所述的一种室内外无缝定位系统，其特征在于，所述启用基于MEMS的定 位方案，利用智能手机定位终端接收WI-FI信号，进行地图匹配，提高定位精度。
【专利摘要】本发明公开了一种室内外无缝定位方法，利用基于GPS定位和基于MEMS定位这两种定位方案的切换，流程具体包括：步骤(1)、智能终端定时刷新、检测GPS信号的强度，判断GPS信号强度：当GPS信号强度大于等于阈值时，启动基于GPS的定位方案；当GPS信号强度小于阈值时，启动基于MEMS的定位方案；步骤(2)、在两种定位方案切换时，利用智能终端的蜂窝网络校准初始点的位置；基于MEMS定位方案中可以利用智能手机定位终端接收已有的WI-FI信号，校准人员行进的位置；步骤(3)、在智能终端连接WI-FI时，上传地磁数据和WI-FI数据到服务器，更新地磁指纹库和Wi-Fi指纹库。本发明可以在室内外使用，有效地避免了其他条件对定位的限制，并且复杂度低，定位精度可以满足实际需求。
【IPC分类】G01S19/48
【公开号】CN105445776
【申请号】CN201511014353
【发明人】刘昱, 李圣龙
【申请人】天津大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月28日