[发明专利]一种有步态约束的行人自主定位误差修正方法

说明书

本发明公开了一种有步态约束的行人自主定位误差修正方法，通过约束行人航向的变化(转弯0°，90°或180°)，采用基于序列检测的模板匹配法实时地修正航向误差，解决了惯性器件长时间漂移而导致的航向发散问题，提高了行人自主定位的精度。该方法包括：(1)采集IMU数据，利用行人运动的约束条件进行静止步态检测；(2)推算行人的航向信息并进行步行行为的判定，不同的步行行为匹配已训练好的步态序列模板，根据模板下的航向约束实时地修正航向误差；(3)利用智能滤波器融合系统误差进行误差估计，输出行人最终的定位信息。本发明面向导航定位领域，在便捷度和精度两个方面都有所提高。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，特别是涉及一种有步态约束的行人自主定位误差修正方法。

背景技术

随着互联网数据业务的快速增长，人们对导航与定位的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境中，如大型商场、图书馆等常需要确定移动终端的位置、姿态等信息。目前常用的室内定位技术主要有超宽带无线定位技术(Ultra Wideband，UWB)、无线局域网定位技术(WIFI)、超声波定位技术、蓝牙定位技术(Bluetooth)等。其中，UWB定位技术精度较高，可达到厘米级，但该技术成本较高，且使用该定位技术时需要预先设置大量的节点，增加了导航系统的复杂度；随着当前无线网络的普及，WIFI定位技术成本较低，且在定位前不需要预先设置节点，但是该技术定位精度较差，一般只能达到米级，只能应用在对定位精度要求不高的场所；而其他的室内定位技术在使用时均需要一些外界设施辅助，这无疑增加了导航系统的复杂度。然而基于MEMS的惯性导航系统，不需要任何外部设施的辅助，仅依靠自身的惯性器件(加速度计和陀螺仪)就可以实现行人的自主定位，并且其成本低、体积小、重量轻、自主性强，相对比其他的定位技术具有明显的优势。但该系统的惯性器件存在随时间累积的漂移误差，如果不及时校正系统的输出，会导致航向发散的现象，使定位的精度越来越低，甚至失去定位的功能。本发明基于此类问题提出了一种有步态约束的行人自主定位误差修正方法，有效地解决了行人自主定位过程中航向发散的问题，提高了行人自主定位的精度。

与同领域的相关申请专利进行对比，本发明的创造性及优点较为明显。比如，申请号为：201510486767.4，专利名称是《一种基于双IMU的双模式室内个人导航系统及方法》的专利，其采用的是利用固定在肩部的IMU测量单元得到的航向信息对足部IMU解算的导航信息进行误差预估，该方法虽然定位精度较高，但双IMU模式实施的难度较大，不利于在行人导航领域的推广。再比如，申请号为：201710022551.1，专利名称是《一种基于自适应卡尔曼滤波的行人航向最优融合方法》的专利，该方法通过捷联解算得到的航向角与磁航向角的最优融合，从而提高组合航向角的精度，但由于在室内建筑中磁场不稳定，地磁传感器发挥的效果并不理想，该方法在室内定位领域的实用性不强。

发明内容

本发明的目的主要在于：面向室内行人自主定位，在INS+EKF+ZUPT框架的基础上，基于室内建筑结构规则化的事实，将行人在室内行走时的航向的变化约束为0°，90°或180°，通过训练行人常见的步行行为数据得到步态序列模板，利用模板下的航向约束实时的修正航向信息，从而解决行人自主定位过程中惯性器件随时间累积的漂移误差导致航向发散的问题，进一步提高行人自主定位的精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

步骤1：采集IMU数据，利用行人运动的约束条件进行静止步态检测；

步骤2：推算行人的航向信息并进行步行行为的判定，不同的步行行为匹配已训练好步态序列模板，根据模板下的航向约束实时地修正航向误差；

步骤3：利用智能滤波器融合系统误差进行误差估计，输出行人最终的定位信息。