[发明专利]一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法

说明书

本发明公开了一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，利用行人运动模态辨识技术，研究适用于行人不同运动速度的零速判别技术，研究适用于行人不同运动状态下的零速判别技术，构建了基于行人运动模态辨识的弹性零速判别算法，有效保证了行人不同运动速度下同一阈值零速的有效判别，同时保证了不同运动状态下同一阈值的有效性，充分实现行人定位的自适应性。本发明适用于行人导航，无论室内外，无论行人处于何种运动速度和运动状态，利用低成本惯性传感器均可实现高精度的零速判别，具有极高的工程应用和商业价值。

技术领域

本发明涉及一种行人零速判别方法，尤其涉及一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，属于行人导航技术领域。

背景技术

随着社会的不断发展，行人导航技术逐步吸引人们的眼球，尤其是室内外无缝导航定位，得到了国内外学者的广泛关注。在室外，行人导航定位可以借助GNSS，而室内由于GNSS信号的微弱甚至缺失，需要寻找其他方法实现行人定位。目前室内行人导航定位技术主要分为两种：一种是基于无线网络的源头定位，包括利用UWB、WIFI、ZigBee等无线射频设备，但是该方案需要耗费额外的成本且适用范围狭窄；另一种是基于惯性传感器实现定位，但是低成本传感器误差较大，如果不加以修正，在短时间内将会造成上千米的偏差。

目前，国内外基于零速修正技术、零角速修正技术补偿低成本惯性传感器误差，以实现行人高精度定位。但是目前的零速判别或者零角速判别技术只适用于行人稳定的单一步速下，对行人的变速，其适应性较差，在不同的运动速度下需时常的调整零速阈值。同时目前的零速判别技术往往只适用于行人水平行走，对于行人的上下楼梯、跑步等非平稳状态往往难以实现零速的有效判别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，利用行人运动模态辨识算法有效区分行人运动状态，包括行走、上下楼梯、跑步，进而在不同的运动模态下，适时筛选子零速判别算法，构建子零速综合模型，实现行人在不同运动速度、不同运动状态下的高精度零速判别。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，包括如下步骤：

步骤1，将三轴加速度计和三轴陀螺仪设置于行人身上，根据三轴加速度计和三轴陀螺仪在设定的采集频率下的测量值，设计四种不同的子零速判别方式；所述四种不同的子零速判别方式如下：

其中，a_k、ω_k分别表示三轴加速度计、三轴陀螺仪在k时刻的幅值，σ_a、σ_ω分别表示三轴加速度计、三轴陀螺仪的方差，a_x,a_y,a_z分别表示三轴加速度计在x,y,z轴的测量值，ω_x,ω_y,ω_z分别表示三轴陀螺仪在x,y,z轴的测量值，ε_a、ε_ω、为设定的经验值，λ₁(k)、λ₂(k)、λ₃(k)、λ₄(k)分别为四种子零速在k时刻的判别结果，n为子零速方差判别窗口；

步骤2，根据如下行人运动模态辨识模型：判别行人是行走和上下楼梯模式还是跑步模式；当连续5个时刻满足上述判别条件，则判断行人为行走和上下楼梯模式，否则为跑步模式；

步骤3，利用三轴加速度计或三轴陀螺仪的方差判别出总零速的起始时刻，利用三轴加速度计或三轴陀螺仪的幅值判别出总零速的终结时刻，将λ₃(k)、λ₄(k)调整为λ₅(k)、λ₆(k)，形式如下：