[发明专利]一种行人航迹推算质量控制方法

说明书

本发明提供一种行人航迹推算质量控制方法，包括如下步骤：首先，结合手机内置IMU数据测量值，进行低动态判断，运用低动态状态下加速度量测值校正陀螺积分系统，得到当地坐标系下的加速度测量值及手机动态性指标；其次，结合三轴加速度平滑数据和步频检测方法得到的行人步伐时刻，记录当前步伐内平均加速度数据；再次，结合相邻步伐间加速度数据，运用动态时间规整算法，得到行人运动连续性指标；最后结合手机动态性指标与行人运动连续性指标，得到行人航迹推算质量控制指标，为PDR递推质量提供数值依据，实现PDR递推精度的可靠预测。本发明有效结合手机动态性与行人运动连续性信息，为行人航迹推算质量提供判断依据。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种行人航迹推算质量控制方法。

技术背景

基于手机的室内定位技术作为万物互联的重要一环，已经应用在人们的日常生活中，例如在商场、停车场、火车站等。行人航迹推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)无需安装外部设备，已经成为了手机室内定位主要技术之一。它主要基于行人行走周期性特点进行定位，主要包括三个步骤：步伐检测、步长估计、航向估计。与传统捷联惯性导航不一样的是，它不通过对加速度计测量值进行两次积分得到位置，更适合于低精度的惯性测量单元传感器(Inertial Measurement Unit,IMU)。然而，由于行人行走的复杂性与任意性，基于手机的PDR步伐检测对行人行走动作敏感。行人运动方向与手机航向方向存在安装角误差，且在行进过程中安装角度会发生变化，这将影响PDR实际应用中的可靠性与稳定性。

为了提高基于手机的PDR可靠性，最常用的方法一方面是增加PDR步伐检测的复杂性，另一方面是通过主成分分析方法(Principal Component Analysis,PCA)实时估计行人运动方向。但在实际操作时，由于行人运动的随意性与行人携带手机方式的易变性，单独运行PDR很难获得稳定可靠的定位结果。因此，研究如何可靠控制PDR递推质量，将具有重要应用价值与意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种行人航迹推算质量控制方法。所述方法以智能手机为平台，智能结合内置加速度计、陀螺仪传感器，在行人行进过程中运用实时航向可靠估计、加速度滑动窗口分析，得到手机动态性指标与行人运动连续性指标。结合这两种指标，为PDR递推质量提供判断基准。此方法也适用于室内定位其他平台的应用。

进一步地，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1、结合手机内置三轴陀螺仪和三轴加速度数据，结合惯性导航陀螺积分原理，运用低动态状态下检测重力加速度，得到当地坐标系下东方向和北方向角速度测量值，以此得到手机动态性指标；

步骤2、结合手机内置三轴加速度数据，运用滑动窗口平滑加速度数据；运用步频检测方法探测行人行走步伐时刻，并记录每步间隔内的平滑加速度数据；

步骤3、结合每步间隔内的平滑加速度数据，运用动态时间规整算法(DynamicTime Warping,DTW)计算相邻步伐间加速度数据的相似性，以此得到行人运动连续性指标；

步骤4、结合手机动态性指标和行人运动连续性指标，得到行人航迹推算质量控制指标，为PDR递推质量提供依据。

步骤5，结合基于PDR的多源融合系统，通过行人航迹推算质量控制指标，动态调整融合系统时间更新的过程噪声，以此实现对行人航迹推算的质量控制。将质量控制指标运用至基于PDR的多源融合系统时间更新过程噪声中，以此提高融合系统的稳健性与可靠性。

进一步地，步骤1具体为：运用三轴陀螺仪与三轴加速度数据，判断手机是否属于低动态状态，如公式1所示；在低动态状态下运用三轴加速度测量值实时校正陀螺积分系统；基于陀螺积分系统，计算当地坐标系下东方向角速度测量值和北方向角速度测量值，得到手机动态性指标，如公式2所示。