[发明专利]一种高精度行人室外定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性传感器和GPS数据融合的高精度行人室外定位系统。该系统基于智能手机或其他移动电子设备，使用设备内置的惯性传感器获取加速度、角速度，使用设备内置磁场传感器获取磁场数据，使用设备内置GPS信号接收器获取GPS数据，利用加速度数据的变化周期判断行人行走的步数，利用加速度数据、磁场数据和角速度数据计算当前行人的朝向，将步数和朝向结合计算行人移动轨迹，利用粒子滤波将惯性传感器数据计算的移动轨迹和GPS数据融合，最终得到高精度的定位结果。

技术领域

本发明属于信号与数据处理技术，室外定位技术，传感器融合技术领域，涉及一种基于惯性传感器和GPS数据融合的高精度行人室外定位系统及方法。

背景技术

根据世界卫生组织统计，全世界有2.85亿视觉障碍人士。视障人士损失了正常的视觉，对颜色、形状、距离、运动的理解都很困难，他们的生活在衣食住行等方面都受到了巨大的影响。在出行方面，视障人士的主要痛点在于无法精确确定自己的位置，这直接导致了他们在路口拐角处等出行关键点无法准确转向正确的方向，严重降低了他们的出行意愿。

传统的室外定位方法主要依靠GPS信号和地图路网数据。通过GPS接收器获取原始的带有一定误差经纬度信息，再结合路网的约束提高精度。这种方法可以满足汽车导航的需求，但是相比于汽车，行人运动的自由度更大，路网约束带来的定位精度提高有限，而且路网信息也不可能覆盖全部行人区域，无法给视障人士提供精准的定位服务。

导盲犬可以为视障人士提供更加完善的导航和避障帮助，同时兼有陪伴的作用，但导盲犬只适合在固定路线导航，无法带领盲人到达陌生的目的地。此外，导盲犬的养护、训练费用高昂，数量稀少，普通家庭也难以承担，不能惠及所有视障人士。

本方法基于广泛应用的惯性传感器，磁力计和GPS信号接收器，可以很方便的在智能手机、平板电脑等移动平台运行，也可以在智能眼镜、虚拟/增强现实等专用设备上运行，而且定位精度不受路网的条件的限制，非常适合视障人士日常定位、导航使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于惯性传感器和GPS 数据融合的高精度行人室外定位系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于惯性传感器和GPS数据融合的高精度行人室外定位系统，所述系统包含一个具有惯性传感器、磁力传感器和GPS接收器的移动电子设备。系统首先从惯性传感器获取加速度和角速度数据，从磁力传感器获取磁场数据，从GPS信号接收器获取GPS定位数据。利用加速度数据的变化周期判断行人是否正在步行以及行走的步数，利用加速度数据、磁场数据和角速度数据计算当前行人运动的朝向，将步数和朝向结合计算行人短时间内的移动轨迹，利用粒子滤波将惯性传感器数据计算的移动轨迹和GPS数据融合，最终得到高精度的定位结果。

上述高精度定位系统的定位方法如下：

(1)对惯性传感器，磁力计进行校准。

(2)连续采集三轴加速度数据Acc_x,Acc_y,Acc_z,三轴角速度数据 Gyro_x,Gyro_y,Gyro_z，三轴磁场数据Mag_x,Mag_y,Mag_z，并将数据保存。

(3)计算最近一秒钟时间内的加速度向量的模长及其方差σ_Acc，如果方差小于0.01m²/s⁴，则判断行人当前处于静止状态；否则进一步计算最近一秒钟内加速度模长变化的周期τ_Acc以及这段时间的周期数N，N同时也是一秒钟内步行的步数。