[发明专利]一种基于相对位姿测量的行人导航方法

权利要求书

1.一种基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：(1)在行人左右脚上分别安装3组相对位姿测量设备；(2)确定导航坐标系；(3)使用安装在左右脚鞋底的电子开关检测行人左右脚与地面的接触；(4)使用多目标无线电测距电路和光学相机分别测量出左右脚坐标系之间的相对位姿，进而分别测量出左右脚前后两次接触地面时的相对位姿；使用左右脚上的9轴惯性测量单元分别测量出左右脚前后两次接触地面时的相对位姿；(5)将三组位姿测量结果进行数据融合，不断重复步骤(3)-(5)的位姿测量过程；(6)确定左右脚坐标系分别相对于导航坐标系的相对位置和相对姿态；(7)左右脚行进轨迹及其姿态的显示。

2.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：所述相对位姿测量是指，当左右脚均接触地面时，测量出行人左右脚坐标系之间的相对位置和相对姿态；测量出行人左脚前后2次接触地面时的左脚坐标系之间的相对位置和相对姿态以及行人右脚前后2次接触地面时的右脚坐标系之间的相对位置和相对姿态。

3.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：所述相对位姿测量设备安装在行人左右脚上；右脚鞋跟处安装9轴IMU惯性测量单元，右脚内侧安装至少3个测距信号Tx发射单元，右脚内侧安装至少3个光学特征点，右脚鞋底前后2个位置分别安装电子开关模块；左脚鞋跟处安装9轴IMU惯性测量单元，左脚内侧安装至少3个测距信号Rx接收单元和测距信号处理单元，左脚内侧安装光学相机，左脚鞋底前后2个位置分别安装电子开关模块。

4.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：所述导航坐标系是指初始导航前左脚的惯性坐标系。

5.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：左右脚鞋底的电子开关用于检测行人左右脚与地面的接触情况，当鞋底后面开关闭合，前面开关打开时，表示行人鞋跟开始接触地面；当鞋底前后两个开关均闭合时，表示整个鞋底接触地面，当鞋底后面开关打开，前面开关闭合时，表示鞋跟开始离开地面；当鞋底两个开关均打开时，表示鞋子完全离开地面；当两只脚均接触地面时，触发相对位姿测量电路工作。

6.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：所述使用多目标无线电测距电路测量出左右脚坐标系之间的相对位姿是指，测出右脚内侧安装的至少3个测距信号Tx发射单元与左脚内侧安装的至少3个测距信号Rx接收单元之间的距离，根据球面方程组，计算出右脚任一发射单元在左脚坐标系中的位置坐标，由于发射单元在右脚坐标系中坐标已知，从而计算出右脚坐标系与左脚坐标系之间的相对位置和相对姿态矩阵。

7.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：发射单元和接收单元之间的多目标测距电路采用无线电测距技术，发射信号使用频分多址FDMA方式或者时分多址TDMA方式来相互区分。

8.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：所述使用光学相机测量出左右脚坐标系之间的相对位姿是指，安装在左脚内侧的光学相机对右脚内侧的光学特征点进行闪光照相，测量出这些特征点在相机坐标系以及左脚坐标系中的位置坐标，由于这些光学特征点在右脚坐标系中坐标已知，从而可以计算出右脚坐标系与左脚坐标系之间的相对位置和相对姿态矩阵。

9.根据权利要求1所述的基于相对位姿测量的行人导航方法，其特征在于：所述使用左右脚上的9轴惯性测量单元分别测量出左右脚前后两次接触地面时的相对位姿是指，将惯性测量单元采集的3轴加速度，3轴角速度，3轴磁力计数据使用惯性导航算法计算出左右脚前后两次接触地面时的相对位置和相对姿态。