[发明专利]基于人体运动模型辅助的穿戴式行人导航定位方法和设备

权利要求书

1.基于人体运动模型辅助的穿戴式行人导航定位方法，其特征在于包括以下操作步骤:

步骤1：分析人体运动时的步态以及不同运动模态下的惯性传感器输出，所述步态为人体运动时足部与地面的接触情况，所述不同运动模态包括步行、跑步、上下楼梯；

步骤2：建立基于人体运动学模型辅助的零速修正判别模型，所述基于人体运动学模型辅助的零速修正判别模型利用加速度计和陀螺仪的输出判断当前时刻是否为足部与地面的接触时刻；

步骤3：在步骤1和2的基础上，建立基于地磁辅助捷联惯导解算航向角误差模型，利用磁传感器输出信息计算当地磁航向角；

步骤4：在步骤1和2的基础上，建立基于气压高度计辅助捷联惯导解算高度误差模型，利用气压计输出信息计算当地海拔高度。

2.根据权利要求1所述的基于人体运动模型辅助的穿戴式行人导航定位方法，其特征在于所述步骤1中人体运动步态以及不同运动模态具有以下特征：

在正常行走时，行人的双脚交替运动，分为四个阶段：抬脚、跨步、落地和支撑，两只脚交替运动，分别处于不同的时刻，因此，将传感器件固定于其中一只脚上，对其进行运动分析，此时，人体足部不能被视为一个质点，在判断零速时刻时，应对落地、支撑阶段作进一步的分析；

当以脚尖上一点为质点时，在落脚阶段，脚后跟先与地面接触，接着以脚后跟为支点整个脚底部逐渐放平直至完全接触地面，即脚尖与地面接触，然后，以脚尖为支点，整个脚底部逐渐抬升直至完全离开地面，即脚尖与地面分离，脚尖上质点与地面的实际接触时间为一个步态期间零速度的时间；

行人在快速行走时，步态周期将比正常行走的周期短，但是两者足部的运动过程是相似的，在这两种运动模态下，足部大约有一半的时间是处于抬脚、跨步阶段，而相应地，另一只脚同时处于落地和支撑阶段，在大步行走时，足部运动过程仍然是与正常行走时相似，步态周期更长，这两种运动模态下，足部运动的周期性和对称性并未发生改变；

在跑步运动模态中，则不存在这种对称性，当一只脚的后跟落地时，另一条腿可能还在空中，甚至可能出现两条腿同时处于空中的状态，但是，跑步运动模态下一只脚落地支撑阶段的零速时刻与正常行走时是类似的，但其足部与地面的接触时间更短些；

在上下楼梯运动模态中，在抬脚阶段增加了高度信息的变化，这并不影响零速时刻的判断，落地支撑阶段，足部的零速时刻与正常行走是类似的，但是，与正常行走模态不同的是，落地阶段不再是脚后跟先接触地面，而是足部的前端先落地，然后以其为支点，脚底部逐渐放平直至完全与地面接触，在实际情况中，行人的脚底部可能并不是完全地与地面接触，通常接触部分只有脚掌的前大半部分，此时，脚后跟是悬空的状态；

通过对不同运动模态下IMU惯性传感器件三轴数据信息的采集，能够得出，在不同的运动模态下，陀螺仪和加速度计的三轴输出信息与正常行走时相似，仍然具有周期性，行人在快速行走或跑步较剧烈运动模态下，IMU惯性传感器件的输出变化也更快，此时，IMU惯性传感器件的输出或用于零速判定的条件会失效；在匀速行走等正常模态下，IMU惯性传感器件的输出较为平缓；在上下楼梯运动模态下，能够看出，IMU惯性传感器件的输出更加平缓，为了保持平衡，人体在足部落地阶段需要停留更长的时间。