[发明专利]一种基于人体里程计的惯性导航定位方法

说明书

本发明提供了一种基于人体里程计的惯性导航定位方法，能够实现行人全运动状态下的精确导航。本发明选用人体里程计来辅助惯性导航系统，其中，人体里程计参照陆用车载里程计将每个脉冲所代表的行程作为刻度因子的方法，将单步步长作为刻度因子，刻度因子包含修正因子，得到的刻度因子更为准确，从而得到精确的人体的行进轨迹。同时将修正因子增加到惯性导航系统的状态向量，能够针对人体运动的任意性和不确定性，充分利用惯性导航系统短时定位精度高的特点，辅助惯性导航系统完成室内行人全运动状态下的精确导航。

技术领域

本发明属于行人导航技术领域，具体涉及一种基于人体里程计的惯性导航定位方法。

背景技术

“智慧城市”的提出和发展对室内人员的定位导航提出了更高的要求，基于惯性传感器的行人航位推算系统(PDR)具有充分的自主性和灵活性，越来越受到人们重视。目前针对PDR系统的研究主要基于零速修正(ZUPT)原理，通过查找人行走过程中的零速点来修正惯性导航系统，还有研究将建筑物特征信息、人行走经验步长信息等与惯性导航系统进行融合的方式，辅助惯性导航系统完成室内行人全运动状态下的导航。

但ZUPT方法需要对零速点有精准的判断识别，因此仅适用于平地走、上下楼梯等简单步态；而建筑物特征复杂、各有差异，人行进步长又受周边环境、情绪等影响，所以使用这些信息与惯性导航系统进行融合的惯性导航定位精度都不够理想，定位精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于人体里程计的惯性导航定位方法，能够实现行人全运动状态下的精确导航。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

包括如下步骤：

步骤1，采集人体运动的步频以及加速度和角速度信息，并对采集到的人体运动的加速度和角速度信息进行惯性导航解算，得到惯性导航解算位移增量；

步骤2，将刻度因子与步骤1采集到的人体运动的步频相乘，得到人体里程计输出位移增量；

其中所述刻度因子S为：

S＝(1+δK)[h·(a·f_step+b)+c]

其中，[h·(a·f_step+b)+c]为参考步长，f_step为步频，h为人的身高，a、b和c为与步态相关的参考步长系数，为已知量；δK为修正因子，用于修正参考步长误差；

步骤3，将修正因子增加到惯性导航系统的状态向量中，利用惯性导航原理建立惯性导航系统的状态方程；

将步骤1得到的惯性导航解算位移增量与步骤2得到的人体里程计输出位移增量之差作为观测量，建立惯性导航系统的观测方程；

步骤4，基于步骤3建立的状态方程和观测方程，利用卡尔曼滤波方法获得惯性导航系统的状态向量估计值；

步骤5，利用步骤4滤波所得状态向量估计值对人体里程计刻度因子以及惯性导航系统的零偏进行修正，完成行人全运动状态下的定位。

其中，运用位移积分匹配方法建立惯性导航系统的观测方程。

其中，利用陀螺仪和加速度计采集人体运动的步频以及加速度和角速度信息；惯性导航系统的状态向量为：

其中，ψ^N为姿态误差；δV^N为速度误差；ζ^N为经纬度误差；δh为高程误差；ε为三个轴向的陀螺常值零偏；为三个轴向的加速度计常值零偏。