[发明专利]一种基于航向角准确修正的惯性导航室内定位方法

说明书

本发明公开了一种基于航向角准确修正的惯性导航室内定位方法，本发明利用IMU器件，在传统HDE及PDR算法基础上，基于精细化的主方向设定、是否是直行以及是否沿建筑物主方向直行的区分、反馈系数的不同修正、峰峰值探测法、动态递推算法等，实现复杂室内环境对行人的准确定位。精细化定义16个主方向，采用三个相邻步间的航向变化来检测直线行走和转弯对是否是直行，以及是否沿建筑物主方向直行进行区分，并基于判决结果对反馈系数做相应修正，实现航向角准确估计。提升了航向角的解算精度。通过提出的峰峰值探测法，能在上下楼梯等复杂室内环境中，克服和加速度波形关于X轴不对称问题，降低了步频检测误差，对和加速度数据进行分析处理，避免了对航向角过度修正，准确解算出定位数据，满足对行人进行实时定位跟踪的需求。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其是基于惯性导航器件的行人室内导航定位方法。

背景技术

近年来，各种室内环境基于位置的服务受到了广泛关注，如何在室内环境实现高精度的行人定位导航已成为一个研究热点。当今城市各种建筑物内部结构错综复杂，GPS/北斗等全球卫星定位导航系统在室内环境一般缺乏有效信号覆盖，很难进行准确、有效的定位。基于WiFi、UWB、ZigBee、RFID等设备的室内定位技术一般都需要提前在建筑物内部署信号源等基础设施，难以在没有基础设施支撑的大量一般建筑物内实施实时精准定位。惯性导航定位技术是一种可以全天候、全时段、不停歇工作，且工作时不依赖事先部署基础设施，不易受到外界干扰的一种自主式定位导航技术。近年来随着微电机(MEMS)技术的发展，基于MEMS惯性测量单元(IMU)的体积越来越小，测量精度越来越高，性能愈来愈强，使得基于IMU的室内定位技术的研究及应用受到了更多的关注。基于IMU进行三维室内定位，需要实时采集行人行走过程中的三轴加速度、三轴角速度、高度数据，进而计算出步频、步长以及航向角，用于PDR定位。因此步频检测、步长估计和航向估计的精确度决定了IMU定位性能的优劣。

文献1：王鹏宇,孟之栋,邓志红.腰绑式行人导航系统基于缓存区的启发式航向补偿算法研究[J].导航定位与授时2020,7(03):150-156.。为避免航向角过度修正，动态改变反馈系数来调整航向补偿算法的修正强度。

文献2：A.R.Jiménez,F.Seco,F.Zampella,J.C.Prieto and J.Guevara,Improved Heuristic Drift Elimination(iHDE)for pedestrian navigation incomplex buildings,2011 International Conference on Indoor Positioning andIndoor Navigation,Guimaraes,2011,pp.1-8,doi:10.1109/IPIN.2011.6071923.基于脚踏式惯导模块和扩展卡尔曼滤波，改进的启发式漂移消除算法，用于复杂的建筑中行人导航。

目前步频检测采用的方法主要有峰值检测法，零点交叉法等，但这类方法在上下楼梯时会产生较大的步频检测误差。

文献3：申请号为CN202010819613.3，发明名称为一种基于改进式HDE的室内行人导航航向修正方法及系统。(1)基于启发式偏移消除算法为中心，设定8个主方向，主方向间的角度间隔Δ为45°。(2)使用航向角差值、角速率变化规律等进行运动类型分类，构建主方向航向偏移差值、角速率差值、位置差值作为状态量进行扩展卡尔曼滤波(EKF)，得到航向的最优估计从而修正航向。

文献4：申请号为CN201810230263.X，发明名称为一种行人室内轨迹定位方法。(1)基于主方向进行所述航向角修正：走直线时，利用启发式随机漂移消除法进行航向角修正；走曲线(非直线)时，利用扩展卡尔曼滤波器进行偏移补偿，修正航向角。(2)在启发式随机漂移消除算法的基础上，设定“米”字形的8个主方向，采用三个相邻步间的航向变化来检测直线行走和转弯。