[发明专利]一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法，属于依托惯导系统的行人定位技术领域。本发明将惯性器件固定在行人脚部，根据测量得的加速度和角速度实时解算行人的定位信息，同时，结合加加速度和角加速度幅值检测算法设计了自适应滑动窗口检测法，在系统解算过程中自适应地调整零速检测窗口长度，提高零速检测精度。再利用零速校正算法对零速区间内的行人位姿信息进行补偿，补偿后的位姿信息作为最终定位信息并输出。本发明增强了任意运动速度下惯性行人定位系统的适用性，减小了因行人运动速度变化而导致的误差补偿不充分的问题，并且不需任何外界辅助信息就可提高定位精度，计算量小，简单易操作。

技术领域

本发明属于依托惯导系统的行人定位技术领域，具体涉及一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法。

背景技术

目前，最常见的行人定位系统是全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，但是在高楼林立的街道和相对封闭的室内等环境中，行人无法正常接收GPS信号，进而无法定位。而惯性导航系统(inertial navigation system，INS，以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外辐射能量的自主式导航系统，适用于复杂多变的行人运动环境。正是由于微惯性传感器的快速发展，有体积小、重量轻、易集成、抗电磁干扰、可靠性高等优点，才使得将惯导系统应用于行人定位成为可能。惯导系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过实时测量载体的加速度和角速度，计算得载体的定位信息。但是，由于生产加工工艺的限制，惯导系统会不可避免的存在噪声，使得系统的定位误差随时间发散而不断增大，这是制约惯性行人定位系统定位精度的重要因素之一。

为了提高系统定位精度，可以采用高精度惯性元件或者先进的惯性行人定位系统误差抑制算法。但是，无限制的提高元件精度必然会导致制作成本的大幅度增加，考虑到行人定位系统的核心要求为低成本、高精度，采用先进的误差抑制算法才是最佳途径。通过采取先进的惯性行人定位系统定位误差抑制算法，自动抵消惯性器件的误差对系统精度的影响，这样就可以应用现有精度的惯性元件构成较高精度的惯性行人定位系统。

零速校正方法是一种惯性行人定位系统的误差自补偿方法，该方法需要将惯性器件与行人足部固联，实时检测行人足部的运动状态，当足部离地时，对足部的位置、速度、姿态信息(以下简称位姿信息)进行解算；当足部触地时，理论上认为足部与地面是相对静止的，并将这一段相对静止的时间称为“零速区间”，通过对零速区间内的位姿信息进行解算与误差补偿，可以抵消器件噪声对系统的影响，进而提高系统定位精度。但是，零速校正方法的有效性建立在零速区间检测的准确性上，只有系统能精确地检测出行的足部的零速区间，零速校正才能取得理想的效果。常见的零速检测方法是滑动窗口检测法，即对固定长度窗口内的数据进行检测从而判定足部是否处于零速状态。但是行人运动具有随意性，据参考相关文献及发明人不完全试验统计，当行人慢速行进时，每步时长可达2.7秒，其中零速时长可达1.15秒；当行人快速行进时，每步时长短达0.69秒，其中零速时长短达0.05秒。可见行人运动过程中零速区间的长度有很大差异，如果仍然利用固定窗长的滑动窗口来检测行人运动状态，这会导致零速检测不准确，即漏检或误检，从而导致零速校正算法的适用性降低，进而无法完全补偿定位误差，导致定位精度显著下降，无法满足行人定位的需求。