[发明专利]一种基于相对位姿测量的行人导航方法

说明书

本发明公开一种基于相对位姿测量的行人导航方法，涉及导航定位领域。该方法包括以下步骤：(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。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，涉及一种基于相对位姿测量的行人导航方法。

背景技术

行人导航为行人实时地提供可靠的位置、速度、姿态等导航信息，在人们的很多生产活动、社会活动和休闲活动中有很迫切的需求，研究行人导航方法和技术有极其重要的学术意义和实用价值。

目前市场上多数行人导航产品，主要依靠地图匹配GPS定位。行人的运动特征具有主观性和随机性，大多数情况都是沿着人行道或者林荫道行走，或者在穿越深林、隧道或者进出城市高层建筑区，或者在室内环境下，GPS信号受限制，难以实现行人的持续导航定位。而且GPS的定位误差一般大于10米，达不到行人导航的精度要求。

依靠惯性导航的行人导航方法，虽然能够实现任何环境下持续的实时定位导航，但是惯性导航传感器系统的输出只能提供准确的短期位置、速度、加速度、姿态、和角速率估计，测量数据包含漂移或偏差误差和噪声，长时间使用会有误差累计，失去导航定位的功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于相对位姿测量的全自主行人导航方法，实现行人室内室外无盲区、高精度定位。该方法是把航天器交会对接中相对位姿测量的思想应用到行人导航系统中的一种新型导航定位方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开一种基于相对位姿测量的行人导航方法，涉及导航定位领域。该方法包括以下步骤：(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，行人行走过程就是不断重复步骤(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。

进一步，所述相对位姿测量是指测量行人左右脚坐标系之前的相对位置和相对姿态，和行人左右脚前后两次接触地面时的相对位置和相对姿态。

进一步，所述在行人左右脚上分别安装3组相对位姿测量设备是指：右脚鞋跟处安装9轴IMU惯性测量单元(3轴加速度计，3轴陀螺仪，3轴电子罗盘)；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(3轴加速度计，3轴陀螺仪，3轴电子罗盘)；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。

进一步，所述导航坐标系是指初始导航前左脚的惯性坐标系。

进一步，所述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是指：鞋底前后2个位置分别安装电子开关模块，用于检测行人从鞋跟接触地面(鞋底后面开关闭合，前面开关打开)到整个鞋底接触地面(鞋底前后两个开关均闭合)，再到鞋跟离开地面(鞋底后面开关打开，前面开关闭合)，鞋子完全离开地面(鞋底两个开关均打开)的过程。当两只脚均接触地面时，触发相对位姿测量电路工作。