口。
[0092] 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，具体包括S31和S32 ;
[0093] 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；
[0094] 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。
[0095] 本步骤中，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：
[0096] 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fACCx和fAC切构成一 个M*2的采样矩阵P，M为该周期内获得的样本数，进而将采样矩阵P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AC化；
[0097]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，包括步骤S41和S42 ;
[0098]S41、计算垂直方向的加速度fACCz和降维后的水平方向的加速度AC化之间的 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 fACCz的相位领先于降维后的水平方向的加速度ACCh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；
[0099]S42、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：
[0100]
[0101] 上式中，StUtUM表示手机当前的位置，Shitw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。
[0102] 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。本方法通过对手机在水平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，可用于室内定位、步行导航等各类应用中。
[0103] W上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施 例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替 换，该些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1. 一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，包括： 51、 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三轴加速度； 52、 使用带通滤波器对实时三轴加速度进行滤波，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； 53、 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； 54、 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。2. 根据权利要求1所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤Sl，包 括： 511、 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； 512、 将转换矩阵与加速度计采集的手机坐标系下的实时三轴加速度相乘，获得手机运 动时在世界坐标系下的实时三轴加速度。3. 根据权利要求1所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤S2,包 括： 521、 使用通带为1~3Hz的带通滤波器对实时三轴加速度进行滤波； 522、 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； 523、 根据垂直方向的加速度数据的周期性进行步伐计数； 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。4. 根据权利要求3所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤S22， 其具体为： 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。5. 根据权利要求1所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤S3,包 括： 531、 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； 532、 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。6. 根据权利要求1所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，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： 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。7. 根据权利要求1所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤S4,包 括： 541、 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； 542、 结合步行前进方向向量和步伐计数，获得手机当前的位置。8. 根据权利要求7所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤S41， 其具体为： 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。9. 根据权利要求7所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤S42， 其具体为：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：上式中，Scmrat表示手机当前的位置，s^?31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，L,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。10. 根据权利要求2所述的一种手机运动姿态的判定方法，其特征在于，所述步骤Sll 中所述转换矩阵为：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，Bx、By32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。
【专利摘要】本发明公开了一种手机运动姿态的判定方法，包括：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三轴加速度；使用带通滤波器对实时三轴加速度进行滤波，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；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；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。本方法发明可有效的避免累计误差，精确度高，而且不需要用户以固定姿态持握手机，对于不同的用户具有良好的适用性，可用于室内定位、步行导航等各类应用中。
【IPC分类】G01C21/10, G01C21/08
【公开号】CN104964685
【申请号】CN201510376966
【发明人】赵然, 张弢, 王周红, 高民
【申请人】广州市香港科大霍英东研究院
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月30日