[发明专利]一种地磁修正惯导的智能手机用户室内定位方法

摘要

本发明涉及一种地磁修正惯导的智能手机用户室内定位方法，步骤如下：根据建筑物平面地图把待定位区域划分成小的网格；智能手机用户拿着内置磁力计的智能手机在每个网格中心采集地磁强度数据一段时间；对每个网格采集的地磁强度数据求平均值，构建离线地磁指纹库并存储；用户拿着智能手机开始走动，通过对智能手机的加速度计数据的处理，检测步伐并对步长进行估计，通过对陀螺仪数据的处理获得运动的方向与正北方向的夹角，当前地磁强度；获得当前状态的预测值；计算预测阶段的协方差矩阵和卡尔曼增益；计算观测结果；更新状态。本发明仅通过智能手机即可达到较高的室内定位精度。

主权项

一种地磁修正惯导的智能手机用户室内定位方法，包括离线阶段和在线阶段，离线数据采集阶段包括以下步骤：1)根据建筑物平面地图把待定位区域划分成小的网格，第w个网格表示B_w，其网格中心RP表示为2)智能手机用户拿着内置磁力计的智能手机在每个网格中心采集地磁强度数据一段时间；3)对每个网格采集的地磁强度数据求平均值，构建离线地磁指纹库并存储，离线地磁指纹库由N^f个指纹构成，每个指纹存储为其中为离线地磁指纹的位置，为该指纹的地磁场强度平均值；在线定位阶段包括以下步骤：1)初始化，智能手机通过磁力计获得一个初始的地磁强度信息m₀，用m₀与指纹库中的所有指纹的地磁场强度平均值进行比较，将最接近的几个指纹位置的平均值作为初始化位置(x_o,y₀)；2)用户拿着智能手机开始走动，通过对智能手机的加速度计数据的处理，检测步伐并对步长d_k进行估计，通过对陀螺仪数据的处理获得运动的方向与正北方向的夹角φ_k，规定前一次定位的结果记为(x_k‑1,y_k‑1)，当前定位结果记为(x_k,y_k)，当前得到的地磁强度为m_k；3)获得当前状态的预测值：$X\left(k\right|k-1)=A\·X(k-1|k-1)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& {\mathrm{sin\φ}}_k& 0\\ 0& 1& {\mathrm{cos\φ}}_k& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_{k-1}\\ y_{k-1}\\ d_k\\ {\mathrm{\φ}}_k\end{array}\right],$其中，X(k‑1|k‑1)为上一次定位的状态，X(k‑1|k‑1)＝[x_k‑1,y_k‑1,d_k,φ_k]^T，X(k|k‑1)为本次定位的状态矩阵，A为状态矩阵：$A=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& {\mathrm{sin\φ}}_k& 0\\ 0& 1& {\mathrm{cos\φ}}_k& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right];$4)计算预测阶段的协方差矩阵P(k|k‑1)：$P\left(k\right|k-1)=A\·P(k-1|k-1)\·A^{\′}+Q=A\·P(k-1|k-1)\·A^{\′}+\left[\begin{array}{cccc}\frac{q}{3}& 0& \frac{q}{2}& 0\\ 0& \frac{q}{3}& 0& \frac{q}{2}\\ \frac{q}{2}& 0& q& 0\\ 0& \frac{q}{2}& 0& q\end{array}\right],$其中P(k‑1|k‑1)为上一时刻更新后的协方差矩阵，若k＝0，则令P(k|k)＝Q，q是一个置信参数，若不相信用户是匀速运动的，设定的大些；5)计算卡尔曼增益；6)计算观测结果以为中心，2×d_k为半径，在指纹库中计算与当前获得地磁强度m_i最相似的三个指纹，其加和平均值作为7)更新状态，得到当前定位位置(x_k,y_k)；8)更新协方差矩阵：P(k|k)＝(1‑Kg(k))·P(k|k‑1)。