一种手机运动姿态的判定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及运动姿态定位领域，特别是设及一种手机运动姿态的判定方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能手机的普及和硬件的不断升级，大部分智能手机集成了加速度计等各类 微型传感器，使得利用手机进行步行导航的应用得W实现。目前，通过手机传感器对使用者 的运动姿态包括步行方向和位移进行判断的方法主要有W下=类：
[0003] 一、航位推算法结合零速校正技术，其利用已知的初始位置W及通过积分加速度 数据得到的移动速度和方位，来推算出现有的位置，推算过程中结合零速校正技术降低系 统累计误差。该种方法具有一定的局限性；首先，航位推算法主要应用是在航海等大尺度 定位上，其每一步的位置是根据前一步位置推算得来，推算误差会随着使用时间而增大。其 次，虽然结合了零速纠正技术来降低累计误差，但是人步行的运动姿态的随机性和复杂度 远高于航海，零速纠正技术对于该方法的定位精度的提高非常有限。因此，该方法的定位误 差较大。
[0004] 二、利用手机内置的加速度计和磁场传感器测得的数据来计算手机的运动姿态。 该方法通过磁场和重力加速度数据计算出手机的初始姿态和朝向，W手机的某一坐标轴 (通常情况下为Y轴正向）作为步行方向依据，并结合计步算法来计算手机的实际位移，最 终确定手机的当前位置。该种方法的主要局限性在于使用者必须始终W-个固定的姿态握 持手机。例如，如果步行方向被设定为Y轴正向，那么横握或倒持手机时步行方向判断则会 完全错误。因此，该种方法的测量稳定性较差。
[0005] =、通过对使用者步行产生的加速度波形进行步态分析，获取当前步伐周期中的 减速相的一个瞬时加速度，并将其在世界坐标系水平方向上进行投影来估算前进方向。该 种方法依据瞬时加速度做方向判断，虽然避免了累计误差，但是由于人步行姿态的随机性 和复杂性，该方法并不普遍适用。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种手机运动姿态的判定方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[000引一种手机运动姿态的判定方法，包括；
[0009] S1、根据加速度计、重力加速度计和磁场传感器采集的实时数据，计算获得手机运 动时在世界坐标系下的实时=轴加速度；
[0010] S2、使用带通滤波器对实时=轴加速度进行滤波，并分别对水平方向的加速度和 垂直方向的加速度进行处理后，获得手机的步行方向向量并进行步伐计数；
[0011] S3、计算当前步伐的前进方向向量，并将水平方向的加速度在该向量方向上进行 降维处理；
[0012] S4、对当前步伐的前进方向向量进行校正后，结合步伐计数计算获得手机当前的 位置。
[0013] 进一步，所述步骤SI,包括：
[0014] S11、根据重力加速度计和磁场传感器采集的手机坐标系下的实时数据，计算获得 手机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵；
[0015] S12、将转换矩阵与加速度计采集的手机坐标系下的实时=轴加速度相乘，获得手 机运动时在世界坐标系下的实时=轴加速度。
[0016] 进一步，所述步骤S2,包括：
[0017] S21、使用通带为1~抓Z的带通滤波器对实时S轴加速度进行滤波；
[0018] S22、对预设时间滑窗内的水平方向的加速度做主成分分析后，获得手机的步行方 向向量；
[0019] S23、根据垂直方向的加速度数据的周期性进行步伐计数；
[0020] 所述预设时间滑窗是指时间长度为一个步伐周期的时间窗口。
[0021] 进一步，所述步骤S22,其具体为：
[0022] 将预设时间滑窗内的水平方向的X轴和Y轴的加速度数据构成水平加速度矩阵 后，计算该矩阵的协方差矩阵，进而计算获得协方差矩阵的特征向量及其相应的特征值，最 后获得协方差矩阵的最大特征值所对应的特征向量作为手机在当前时刻的步行方向向量。
[0023] 进一步，所述步骤S3,包括：
[0024] S31、计算一个步伐周期内的步行方向向量的平均值作为当前步伐的前进方向向 量；
[0025] S32、将水平方向的加速度在前进方向向量的方向上进行降维处理。
[0026] 进一步，所述步骤S3中所述将水平方向的加速度在该向量方向上进行降维处理 的步骤，其具体为；
[0027] 将一个步伐周期内的水平方向的X轴和Y轴的加速度数据构成采样矩阵，进而将 采样矩阵与前进方向向量相乘后，将获得的结果作为降维后的水平方向的加速度。
[002引进一步，所述步骤S4,包括：
[0029] S41、计算垂直方向的加速度和降维后的水平方向的加速度之间的相位差，并根据 该相位差对当前步伐的前进方向向量进行校正，获得手机的步行前进方向向量；
[0030] S42、结合步行前进方向向量和步伐计数，获得手机当前的位置。
[0031] 进一步，所述步骤S41，其具体为：
[0032] 计算垂直方向的加速度和降维后的水平方向的加速度之间的相位差，并根据该相 位差对当前步伐的前进方向向量进行校正，若判断垂直方向的加速度的相位领先于降维后 的水平方向的加速度的相位，则将前进方向向量作为手机的步行前进方向向量，反之，将前 进方向向量反相后作为手机的步行前进方向向量。
[0033] 所述步骤S42，其具体为：
[0034] 结合步行前进方向向量和步伐计数，根据下式，计算获得手机当前的位置：
[0035]
[0036]上式中，StuaeM表示手机当前的位置，S hitw表示手机的初始位置，N表示当前的步 伐计数总值，i为自然数，Si表示手机在第i个步伐的位移，Li表示第i个步伐的长度，Vgi表示第i个步伐的步行前进方向向量。
[0037] 进一步，所述步骤Sll中所述转换矩阵为：
[00%]
[0039] 其中，R表示转换矩阵，W、0、r分别表示方位角、俯仰角、滚动角，且满足下式：
[0040]
[0041] 上式中，g表示重力加速度，Gx、Gy、Gz分别表示重力加速度计采集的手机坐标系下 的X轴、Y轴和Z轴的实时数据，B,、By、B,分别表示磁场传感器采集的手机坐标系下的X轴、 Y轴和Z轴的实时数据。
[0042] 本发明的有益效果是；本发明的一种手机运动姿态的判定方法，包括；S1、根据加 速度计、重力加速度计和磁场传感器采集的实时数据，计算获得手机运动时在世界坐标系 下的实时=轴加速度；S2、使用带通滤波器对实时=轴加速度进行滤波，并分别对水平方向 的加速度和垂直方向的加速度进行处理后，获得手机的步行方向向量并进行步伐计数；S3、 计算当前步伐的前进方向向量，并将水平方向的加速度在该向量方向上进行降维处理；S4、 对当前步伐的前进方向向量进行校正后，结合步伐计数计算获得手机当前的位置。本方法 综合利用智能手机内置的加速度计、重力加速度计和磁场传感器采集的数据来进行使用者 步行状态下手机运动姿态的判定，通过对手机在水平W及垂直方向上的加速度数据进行处 理和比较，计算出在使用者步行状态下手机的运动姿态，有效的避免了累计误差，精确度 高，测量稳定性强，不需要用户W固定姿态持握手机，并且对于不同的用户具有良好的适用 性。
【具体实施方式】
[0043] 本发明提供了一种手机运动姿态的判定方法，包括：
[0044] S1、根据加速度计