[发明专利]基于运动信息调整步伐检测的系统和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及包含全球定位系统的电子设备。更特别地，本发明涉及在各种各样的状况和环境中的电子设备运动的精确跟踪。

背景技术

蜂窝电话使用在多种多样的不同环境中。人们在锻炼时，驾驶车辆时，收看电视时和无数的其它情况下使用蜂窝电话。然而，这些不同的环境产生了这些设备在全球定位系统和基于传感器的导航系统方面的若干问题。不考虑电子设备在任何给定时刻的环境，导航算法应该能够正确地执行。尽管如此，典型地，运动信息对于导航算法是未知的。典型地，该算法不能获知该设备是被行走的人、驾驶车辆的人还是处于任何其他类型活动中的人所携带。

基于运动传感器的导航算法的实现，特别是行人航位推算(PDR)系统，很大程度获益于如果该系统能够识别运动信息从而能够选择合适的导航算法。传统PDR系统在假定用户一直在行走，或某些情况下，一直在奔跑时被实现。为了确保令人满意的导航性能，并且为了能够提供改进的用户体验，因此自发运动跟踪是一个必要的特征。

使用加速器的定位算法基于测量地球重力向量的方向。由于加速度感应的基本原则，将用户引起的加速度与重力分离是不可能的。如果设备正在振动或如果用户正在移动，这将造成定位测量非常不稳定。

在很多传统系统中，使用平均或中值滤波器来减少运动引起的影响，但是，在这样的系统中，定位响应会变慢，并且会引入特定数量的滞后。当不需要滤波测量时，如在缓慢用户运动期间，这也会发生。

在步行导航中，步伐识别算法在一个识别窗口口内搜索脚步样品。该识别窗口被预定为常用应用值。该算法的性能根据使用的情形来变化。步伐检测算法典型地基于来自加速器测量的峰值或过零搜索。当一个人在行走时，脚步频率保持相对恒定。这使得预测何时发生下一步是可能的。但是，在步行导航中，不同使用情况和环境会影响用户的运动和动作。例如，用户会突然停止行走，用户会开始奔跑，或电子设备会突然被移动至用户身体的不同位置。这些运动和环境的变化给步伐检测算法带来重大的挑战。

对于这种导航系统的另一个重要问题是能量消耗。对于集成在蜂窝电话中的全球导航卫星系统(GNSS)接收机，能量消耗成为一个严重的问题。因为在蜂窝电话中只有有限的能量储备可用，理想地，电话中的每个模块都消耗尽可能少的能量。电话中的可能模块包括GPS系统、蓝牙接收机、无线局域网(WLAN)模块、摄像机、蜂窝发送器(Tx)和接收器(Rx)以及运动传感器。所有这些模块竞争使用电话或其他电子设备中的能量。

电子设备的有限能量储备在步行导航期间为传感器的活动性设置了界限。采用减少电源开启时间能够保持相同的性能水平应该是有利的。传统上，在这些系统中的传感器在导航时一直保持打开状态。但是，这将严重地消耗系统的能量，需要频繁的充电并影响设备的可用性。

有许多减少电子或电气设备能量消耗的方法。这些方法包括小型化、选择低能量消耗组件以及实现部分或全部模块关断。如果系统采用减少电源开启时间保持相同性能水平，则部分或全部关断是可能的。例如，集成运动传感器可被用于提取运动信息来实现减少电源开启时间功能，而不会引起性能的退化。

另外，尽管GNSS接收器可以被关闭，但是在该系统中的传感器单元的能量消耗仍旧很高。传统上，传感器单元使用恒定采样速率，因此不管设备是否移动以及不管用户的特殊运动，其总是消耗能量。此外，不同的应用需要用于不同的适合操作的频率范围。姿态识别的正常采样速率大约为100Hz或更多。在步行导航中，20-40Hz为足够的频率范围。使用活动性/运动检测，如果设备保持固定，则采样可降低至一个低得多的速率，大约为3-5Hz。当设备移动时，数据速率将再次增大。

发明内容

本发明提供一种系统和方法，用于基于运动传感器测量来改变加权加速器滤波。当仅仅存在缓慢用户运动时，较高权重的加速器滤波被应用于新测量，以及反之亦然。当只有缓慢用户运动时，本发明的定位算法更加敏感，并且，当设备正在振动或用户正处于运动状态时，该算法仍旧保持稳定。使用来自运动传感器的测量，该运动传感器可以被附加在或集成在电子设备中或在一个独立单元中，可提取一个或多个特征。例如，距离测量或概率估计特征与预定义测试特征进行比较。该信息能够被算法采用，以在时间的特定时刻，分配最合适测试特征等级为运动状态等级。