[发明专利]一种行人导航的二维人体里程计及里程计算方法

说明书

本发明提供了一种行人导航的二维人体里程计及里程计算方法，解决行人在完成非常规步态下定位精度差的问题，能够得到行人精确的行进距离，实现高精度定位。本发明所述的二维人体里程计及方法，基于惯性导航解算与人体步态特征，对步态进行精确划分，针对每一种步态建立参考步长，并在参考步长基础上增加修正因子得到刻度因子，利用刻度因子作为人体行进的刻度标识，利用刻度因子实现精确的单步步长估计，解决行人在完成非约束、非等间隔或非平稳的非常规步态下定位精度差的问题，并结合步频信息得到精确的行进距离，提高定位精度。

技术领域

本发明属于行人导航技术领域，具体涉及一种行人导航二维人体里程计及里程计算方法。

背景技术

随着人们对室内位置服务的需求迅速增加，利用微惯性导航系统对行人进行航位推算成为室内定位主流技术之一。在个人航位推算系统中，步长估计方法主要有两种：一是基于惯性导航原理对加速度进行二次积分，但消费级MEMS惯性器件的温度漂移及线性度等性能指标不高，数分钟内的积分误差将达到一个地球半径；二是利用人员行进特性对其特定动作下的行进距离进行建模，现有基于模型的步长估计方法将步长视为与步频、身高、加速度等相关的量，但人体运动具有复杂性和任意性，受外界环境和情绪等因素影响，行人在某种步态下的单步步长可能不同，一种步态对应单一的单步步长误差很大，另外行人在完成匍匐、侧行、跳跃等非常规步态时，普通步长建模方法不适用，模型精度无法满足实际需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种行人导航的二维人体里程计及里程计算方法，解决行人在完成非常规步态下定位精度差的问题，能够得到行人精确的行进距离，实现高精度定位。

本发明提供了一种行人导航的人体里程计，包括惯性测量模块、导航解算模块和数据处理模块；

其中，以行进运动起始点处的人体重心为坐标原点，前后方向为X轴，左右方向为Y轴，上下方向为Z轴；

惯性测量模块用于采集实时的X轴、Y轴以及Z轴方向上的运动加速度与运动角速度并识别出相应的步态，将运动加速度与运动角速度发送至导航解算模块，将步态发送至数据处理模块；

导航解算模块基于惯性测量模块发送的运动加速度与运动角速度进行惯性导航解算，得到解算步长、运动步频以及步长差与方位角差，并发送至数据处理模块；

数据处理模块根据惯性测量模块发送的当前时刻的步态，选择对应步态的参考步长模型，将导航解算模块发送的运动步频代入参考步长模型获得参考步长；并根据导航解算模块发送的步长差和方位角差对参考步长进行修正；将修正后的参考步长与运动步频相乘得到人体位移增量并累加输出；

所述参考步长模型为：

S＝[h·(a_x·f_step+b_x)+c_x] (1)

其中，S为参考步长，f_step为运动步频，h为人的身高，a_x、b_x和c_x为与步态相关的参考步长系数，a_x、b_x和c_x数值由实验可知。

其中，所述参考步长系数与步态对应，参考步长系数的获得方式为：利用导航解算模块对各步态下的加速度和角速度进行导航解算，得到各步态下的实时解算步长及运动步频，将解算步长与对应步态的步长经验值进行融合，得到实时融合步长，以运动步频为公式(1)的自变量f_step，以对应的融合步长为公式(1)的因变量S，利用同一步态下多个时刻的运动步频及其对应的融合步长，对公式(1)进行拟合，得到该步态下的参考步长系数a_x、b_x和c_x的估计值；

将估计值代入参考步长模型，得到对应步态的参考步长模型。