[发明专利]适用于步行者的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种导航技术领域的方法，具体是一种适用于步行者的定位方法。

背景技术

步行者定位是位置服务的重要组成部分，目前全球定位系统(GPS)是步行者定位的主流手段，但GPS信号会因植被、山脉和高楼的遮挡以及多路径效应而在很多区域精度变差甚至无法输出结果。针对步行者运动特点的定位技术为实现步行者不间断定位提供了可能。在车辆、船舶和飞行器的定位中，捷联惯性导航系统(INS)是辅助GPS实现不间断定位的重要手段，但这并不适用于步行者，原因如下：(a)捷联惯导系统需要三个正交安装的加速度计和三轴陀螺仪，而且因其原理是通过对加速度二次积分实现对位移的求解，所以对传感器的精度要求较高，这使捷联惯导系统的造价和体积都不适于步行者应用；(b)捷联惯导系统的原理性漂移大于1km/h，对于大机动的车船和飞行器是可以忽略或补偿的，但对于行走较慢的步行者是无法接受的。航位推测(DR)是成熟地应用于车辆、船舶定位领域的另一种GPS辅助技术。航位推测的核心思想是实时求取运动体的航向角和当前输出值与前一输出值间的运动距离，并结合前一输出值的位置求取当前运动体的位置。在车船的航位推测应用中，航向角由电磁罗盘或陀螺仪测得，运动距离由里程计测得，但对于步行者，移动主要靠双腿的行走运动实现，使用单一传感器直接测得运动距离较为困难，在考虑成本和易实现性的前提下，需使用其它传感器间接测得，其中，通过分析加速度计输出求取步行者行走距离的方法是较为可行的。

经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号为200610007421.2，专利名称为“一种基于步幅的路线指引设备和方法”，该专利自述为：使用移动终端中嵌入的导航系统，当路线被显示时，在所关注的步行者固有的步距的基础上检测步行者的步幅，并将从当前位置到主位置或目的地的剩余距离转换成步数，以便为步行者提供到主位置或目的地的步数。该专利所述的方法主要用于为手持式移动终端提供自导航功能，所提出的基于步幅求取的自导航方案有一定的创新性。但该方法具有以下缺陷：(a)没有判断步行者是否处于行走状态，直接将加速度计的原始采样作为行走距离求取的依据，这导致将步行者行走以外的动作(比如，静止或原地不规则运动)所引起的加速度计输出振动特征误作为步幅估计的依据，从而使行走距离求取产生误差；(b)在对步行者行走距离的求取中未使用实时步距，而是使用了特定时间段的平均步距，增大了行走距离求取的累积误差；(c)在分析加速度计输出的振动特征时使用的是未经处理的原始采样，混入的噪声给分析结果引入误差；(d)未测量步行者运动航向角，航位推测中所使用的航向角通过估计得到，引起累积的方位误差。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足和缺陷，提供了一种适用于步行者的定位方法，包含了针对步行者运动特点的行走动作识别和实时步幅求取的定位方法，使其在步行者身体除手臂外的任一部位安装加速度计，并且分析加速度计所测量的加速度振动特征，并不限定该加速度计是单轴、双轴或三轴，也不限定该加速度计轴的朝向，同时，在步行者腰部、肩部安装电磁罗盘，也可水平手持，用以测量步行者运动的航向角，通过加速度计和电磁罗盘的配合工作达到较好的定位效果。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括如下具体步骤：

步骤一，安装传感器，并由传感器采集数据：传感器包括加速度计和电磁罗盘，加速度计负责测量步行者加速度振动特征，用于识别步行者的运动状态和求取步幅；电磁罗盘负责测量步行者的行走航向角，用于求取步行者所处位置的实时经纬度。

所述加速度计安装在步行者身体的除手臂之外的多个部位，电磁罗盘安装在步行者的腰部、肩部，或者由步行者水平手持；

所述加速度计为单轴、双轴或三轴，其任一轴可任意朝向。

目前很多的微机电系统(MEMS)芯片将加速度计和电磁罗盘集成在一起，这可降低使用本发明所提供方法的步行者定位终端成本和体积。

步骤二，根据加速度计的输出值识别步行者运动状态；

所述识别步行者运动状态具体为：

第一步，截取步骤一中加速度计的n个输出值并对这些输出值进行快速傅立叶变换(FFT)，其中n的取值与加速度计的采样频率有关；

第二步，求取该n个加速度输出值的能量。该能量是第一步中n个加速度计输出值快速傅立叶变换后的各频率分量模的归一化的和；