[发明专利]智能手机车载情况下的高精度方向校正方法

摘要

本发明公开了一种智能手机车载情况下的高精度方向校正方法。综合利用智能手机内嵌的加速度传感器、GPS传感器、方向传感器，测量车辆的启动加速行为，并用手机的内存对测得的数据进行处理，估计车辆行走方向和手机朝向的夹角。多次实验结果证明该方法的估计精度很高，具有很好的应用前景。

主权项

一种智能手机车载情况下的高精度方向校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将智能手机固定在车辆上，假设手机坐标系表示为x',y',z'，车辆坐标系表示为x,y,z，通过多次加速启动实验，利用智能手机内嵌的加速度传感器、GPS传感器和方向传感器采集车辆的加速度(a_x',a_y',a_z')、速度ν、经纬度、方向(w_x',w_y',w_z')和时间戳信息；(2)对采集的数据通过速度和方向信息进行过滤，选出有效的直线加速启动的加速度信息；具体为：(2.1)通过步骤(1)采集到的速度筛选车辆的启动状态：车辆在3s内速度ν从零达到1.5m/s的状态为启动状态；(2.2)从步骤(2.1)筛选出的启动状态中进一步筛选出直线启动行驶状态：对车辆启动状态进行分析，对于方向波动值(启动过程中w_y′的最大值与最小值之差)在4度以内的为直线启动行驶状态；(2.3)从步骤(2.3)筛选出的直线启动行驶状态中进一步筛选出有效的直线启动行驶状态：加速度≥0.2m/s²的时刻为车辆启动真实时刻，速度从零到非零变化的时刻与上述真实时刻的时间差为GPS延迟时间，选取GPS延迟时间≤3.5s时为有效的直线启动行驶状态；(3)通过步骤(2)筛选出的直线启动行驶状态的方向计算得到x,y,z与x',y',z'之间的关系：具体为：将车辆坐标系绕其Z轴顺时针旋转α角度后得到坐标系x₁,y₁,z₁，然后绕其X轴逆时针旋转β角度后得到x₂,y₂,z₂，最后绕其Y轴逆时针旋转γ角度，使得车辆坐标系经三次旋转后与手机坐标系重合，β角度等于步骤(2)筛选出的有效的直线启动行驶状态的w_y′的平均值；γ角度等于步骤(2)筛选出的有效的直线启动行驶状态的w_z′的平均值；根据水平面的加速度值求出手机朝向与车辆前进方向的α角度，由下式求得，α＝arctan(a_y1/a_x1)+90，a_x1<0,a_y1<0或a_x1<0,a_y1>0α＝arctan(a_y1/a_x1)+270，a_x1>0,a_y1<0或a_x1>0,a_y1>0其中，a_x1表示在坐标系x₁,y₁,z₁中x₁方向的加速度，a_y1表示在坐标系x₁,y₁,z₁中y₁方向的加速度，通过以下公式得到：$\left[\begin{array}{c}{a}_{x1}\\ a_{y1}\\ a_{z1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&gamma;}& 0& -\sin \mathrm{\&gamma;}\\ \sin \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&beta;}& \sin \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}\\ \cos \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}& -\sin \mathrm{\&beta;}& \cos \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&OverBar;}{a_{x^{\&prime;}}}\\ \stackrel{\&OverBar;}{a_{y^{\&prime;}}}\\ \stackrel{\&OverBar;}{a_{z^{\&prime;}}}\end{array}\right]$为有效启动状态加速度a_x′的平均值；为有效启动状态a_y′的平均值；为有效启动状态a_z′的平均值；a_z1表示在坐标系x₁,y₁,z₁中z₁方向的加速度；得到坐标校正关系式如下：$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&alpha;}& \sin \mathrm{\&alpha;}& 0\\ -\sin \mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&gamma;}& 0& -\sin \mathrm{\&gamma;}\\ \sin \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&beta;}& \sin \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}\\ \cos \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}& -\sin \mathrm{\&beta;}& \cos \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}\\ y^{\&prime;}\\ z^{\&prime;}\end{array}\right].$