[发明专利]一种基于手机加速度传感器数据的计步方法和装置

权利要求书

1.一种基于手机加速传感器数据的计步方法，包括：

步骤1：利用手机自带的三轴加速度传感器实时采集在X、Y、Z轴上各自的重力加速度数值；

步骤2：高通滤波以滤除以上重力加速度数值各自在X、Y、Z轴以外的其他轴上的分量；

步骤3：低通滤波以滤除环境噪声；

步骤4：获取经过高通滤波和低通滤波后的数据波形图；

步骤5：取峰值最大的Z轴作为主轴，根据Z轴数据得到阈值数据曲线，计算方法如下：th_n= (max(z_n-SR,z_n-SR+1,…,z_n-1)+ min(z_n-SR,z_n-SR+1,…,z_n-1))/2；

步骤6：检测主轴的加速度在下降的过程中与阈值曲线每个相交点，在这些相交时刻，记录三轴的数据，并组成三维向量，记为V₁=（x_t1,y_t1,z_t1）, V₂=（x_t2,y_t2,z_t2）,…, V_n=（ x_tn,y_tn,z_tn）；

当t_n-t_n-1<0.2秒时，V_n无效，对其进行剔除；

在保留下来的向量中，任意两个向量的相似度用以下公式计算：

其中，如果相邻三个向量中任意两个向量的相似度大于0.6，那么可以确定用户正在运动，且每个向量对应的时刻用户走了一步或者跑了一步。

2.  根据权利要求1所述的基于手机加速传感器数据的计步方法，其特征在于，步骤1之前，还包括：

选择三轴加速度传感器的采样模式，具体包括：

实时采集三轴加速度传感器的在X、Y、Z轴上各自的重力加速度信号；

对所述三轴加速度传感器的重力加速度信号进行检测，并选择所述三轴加速度传感器的最靠近采样率=30的采样模式。

3.根据权利要求2所述的基于手机加速传感器数据的计步方法，其特征在于，对所述三轴加速度传感器的重力加速度信号进行检测，并选择所述三轴加速度传感器的最靠近采样率=30的采样模式，包括：

设置传感器的采样率等级为SENSOR_DELAY_UI；

连续采样60个点，记录下每个采样点的数据的间隔时间；

把60个间隔时间从小到大排序；

计算前50位间隔时间的总和T=；

计算采样率 SR=50/T；

选取最靠近采样率=30的采样率等级。

4.根据权利要求1或2所述的基于手机加速传感器数据的计步方法，其特征在于，步骤2，具体包括：设定最低步伐频率为0.5步/秒，对应的信号频率为F_MIN=0.5HZ；

高通滤波采用以下公式的高通滤波器：

，SR=采样率；

其中滤波器的阶数 N = (SR /2)/ F_MIN=SR，bn是滤波输出信号，an是滤波输入信号，基于所述高通滤波器进行高通滤波。

5.   根据权利要求1或2所述的基于手机加速传感器数据的计步方法，其特征在于，步骤3，具体包括：

设定最高步伐频率为5步/秒，对应的信号频率为F_MAX=5HZ；

获取归一化截止频率为，SR=采样率；

   在5HZ到100HZ的频率范围内，以5HZ为间隔，采用4阶巴特沃斯滤波器预先求出每个采样率下的滤波器系数，共20组滤波器系数，记为coefn，n=1,…,20，其4阶巴特沃斯滤波器的公式如下：

;

其中, n = 4,ωc =截止频率 =振幅下降为 -3分贝时的频率,ωp = 通频带边缘频率,1/(1 + ε2) = |H(ω)|2在通频带边缘的数值；

根据SR的具体数值，在20组滤波器系数中选择第K组系数作为低通滤波器的系数，其中K=floor(SR/5+0.5),floor()的作用是向下取整。