[发明专利]一种步行定位方法与设备

权利要求书

1.一种步行定位方法，其特征在于，该方法包括：

在局部坐标系中测量人体脚端运动的加速度，所述局部坐标系为运动参考坐标系，该坐标系与人体脚端相固接，用于作为描述人体脚端运动的基准；

在全局坐标系中测量人体脚端的姿态数据，根据所述姿态数据将所述测量的加速度转换到全局坐标系，所述全局坐标系为定参坐标系，用于作为描述人体脚端运动姿态和运动轨迹的基准；

对在起步到落步时间段内转换到全局坐标系的加速度进行积分运算以得到每步的位移量；

根据人体脚端的姿态数据中的航向数据和所述每步的位移量获取步行轨迹以实现人体定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部坐标系为以人体脚端质心为坐标原点，以垂直人体步行方向且指向右侧的方向为X轴，以人的步行方向为Y轴，以垂直OXY平面指向上方的方向为Z轴的坐标系；所述全局坐标系为以人的步行起点为坐标原点，以水平指向东为X轴，以水平指向北为Y轴，以垂直地面指向天顶为Z轴的坐标系；所述姿态数据包括人体脚端运动的俯仰角和横滚角，则：

所述将局部坐标系中测量的加速度转换到全局坐标系通过将所述测量的加速度与旋转矩阵相乘实现转换，所述旋转矩阵为：

式中θ、分别为人体脚端运动的俯仰角和横滚角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将局部坐标系中测量的加速度转换到全局坐标系之前，所述方法进一步包括：

将重力加速度转换到所述局部坐标系；

用所述测量的加速度减去所述转换到局部坐标系的重力加速度得到修正加速度，以便将该修正加速度转换到全局坐标系进行积分运算以得到位移量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起步到落步时间段的判定步骤包括：

测量人体脚端运动的角速度，判断所述角速度是否等于预设阀值，如果是，则将步行姿态判定为起步或落步，该起步或落步所在时刻作为起步到落步时间段的起点或终点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在对加速度进行积分运算以得到每步位移量的步骤包括：

对加速度进行积分运算以得到起步到落步时间段内的累计速度，该速度为剩余速度；

将所述剩余速度除以一个积分循环内的积分总次数得到速度平均误差，以便在下一个积分循环时，用由加速度进行积分运算得到的速度值减去所述速度平均误差，所述积分循环为起步到落步时间段内的积分过程；

对上述减去速度平均误差后的结果进行积分运算以得到每步位移量。

6.一种步行定位设备，其特征在于，该设备包括：加速度测量模块、姿态数据测量模块、坐标转换模块、积分运算模块和步行轨迹获取模块，其中：

所述加速度测量模块，用于在局部坐标系中测量人体脚端运动的加速度，所述局部坐标系为运动参考坐标系，该坐标系与人体脚端相固接，用于作为描述人体脚端运动的基准；

所述姿态数据测量模块，用于在全局坐标系中测量人体脚端的姿态数据；

所述坐标转换模块，用于根据所述姿态数据将所述测量的加速度转换到全局坐标系，所述全局坐标系为定参坐标系，用于作为描述人体脚端运动姿态和运动轨迹的基准；

所述积分运算模块，用于对在起步到落步时间段内转换到全局坐标系的加速度进行积分运算以得到每步的位移量；

所述步行轨迹获取模块，用于根据人体脚端的姿态数据中的航向数据和所述每步的位移量获取步行轨迹以实现人体定位。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括加速度修正模块，则：

所述坐标转换模块还用于将重力加速度转换到所述局部坐标系；所述加速度修正模块用于在将局部坐标系中测量的加速度转换到全局坐标系之前，调用所述坐标转换模块将重力加速度转换到所述局部坐标系，并用所述测量的加速度减去所述转换到局部坐标系的重力加速度得到修正加速度，以便将该修正加速度转换到全局坐标系进行积分运算以得到位移量。