[发明专利]基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统

权利要求书

1.一种基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，包括：磁场及惯性数据获取模块(100)、行人航位推算模块(101)、磁场定位模块(102)、定位融合模块(103)和输出模块(104)，其中，

所述磁场及惯性数据获取模块(100)用以采集磁场信息数据、以及行人的加速度和角速度信息数据；

所述行人航位推算模块(101)与所述磁场及惯性数据获取模块(100)连接，用以根据所述加速度和角速度数据判断行人行走的步数，每一步的步长以及每一步的方向，并推算出行人从起点开始的行走路径，得到惯性解算的位置、速度和姿态信息；

所述磁场定位模块(102)分别与所述磁场及惯性数据获取模块(100)和行人航位推算模块(101)连接，用以根据所述磁场信息、以及惯性解算的位置、速度和姿态信息建立磁场特征库并定位实时磁场特征；

所述定位融合模块(103)分别与所述行人航位推算模块(101)和磁场定位模块(102)连接，用以对所述惯性定位信息和磁场特征定位信息进行融合，得到最终的定位结果，并将定位结果发送至所述输出模块(104)；

所述输出模块(104)与所述定位融合模块(103)连接，用以接收定位结果，并将所述定位结果发送至显示设备上进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，所述磁场及惯性数据获取模块(100)安装在行人脚部，其包括：三轴磁力计(1001)、三轴加速度计(1002)、三轴陀螺仪(1003)和标定模块(1004)，所述三轴加速度计(1002)和三轴陀螺仪(1003)用以测量行人脚部在运动中的加速度和各种转动的角速度，所述三轴磁力计(1001)测量传感器坐标系中的三轴磁场大小，所述标定模块(1004)用以对所述加速度、角速度和磁场信息进行标定并输出。

3.根据权利要求2所述的基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，所述三轴磁力计(1001)的采样频率不低于100Hz。

4.根据权利要求1所述的基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，所述行人航位推算模块(101)包括零速检测模块(1011)、扩展卡尔曼滤波模块(1012)、以及位置和姿态惯性解算模块(1013)，所述零速检测模块(1011)利用磁场及惯性数据获取模输出的角速度信息来判断脚部是否处于静止的状态，并输出当时是否为零速的标识，同时零速检测模块(1011)接收位置和姿态惯性解算模块(1013)输出的速度信息，并在检测到零速时将速度的误差量传递给扩展卡尔曼滤波模块(1012)；扩展卡尔曼滤波模块(1012)以零速时加速度和角速度的零偏为误差状态量，并输出误差状态量至所述位置和姿态惯性解算模块(1013)，所述位置和姿态惯性解算模块(1013)根据接收到的误差状态量和磁场及惯性数据获取模块(100)输出的加速度和角速度测量值输出惯性解算位置、速度、以及姿态信息。

5.根据权利要求1所述的基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，所述磁场定位模块(102)包括：地磁检测模块(1021)、磁场特征库(1022)和地磁特征提取模块(1023)，所述地磁检测模块(1021)根据所述磁场及惯性数据获取模块(100)输出的磁场信息以及位置和姿态惯性解算模块(1013)输出的惯性解算姿态，将磁场矢量旋转到东北天坐标系中；所述地磁特征提取模块(1023)在所述零速检测模块(1011)检测到行人脚部运动时对所述地磁检测模块输出的磁场数据进行采样，提取出磁场特征，并将磁场特征与磁场特征库(1022)中的特征进行匹配，继而得出磁场特征定位结果，即行人所在位置的概率。

6.根据权利要求5所述的基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，所述地磁特征提取模块(1023)采集满128点或者256点数据后，将数据段中的东北天向磁场分量或者磁场幅值做离散傅立叶变化和离散小波变化来获取频域特性；同时，将数据段经过动态时间扭曲和隐性马尔可夫模型来提取其时域特征。

7.根据权利要求5所述的基于室内磁场特征辅助的行人惯性定位系统，其特征在于，所述地磁特征提取模块(1023)根据所述地磁检测模块(1023)输入的东北天向磁场和行人航位推算模块(101)输出的零速标识来提取磁场特征。