[发明专利]一种基于误差触发标定的声学修正定位方法

说明书

本发明涉及一种基于误差触发标定的声学修正定位方法，利用IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)传感器低功耗特性和声学高精度标定，联合测量和修正室内坐标。对于一般惯导定位算法，定位精度随距离和时间逐步恶化。基于误差触发标定的声学修正算法，通常情况下采用IMU定位，累计一定误差后激活声学标定系统，利用声学高精度测量特性修正当前坐标，消除累计误差。由于隐私等问题，PDR导航参数一般是缺乏个性化的，需要利用声学定位与导航来辨识，并且不停的修订，直到判断出来声学定位出现异常；此时，利用PDR辅助声学定位异常判断。本发明适用于高精度要求下的连续定位模式，以及复杂运动姿态下的室内定位，实现了对传统惯导定位累计误差的低成本高精度优化。

技术领域

本发明涉及室内定位中IMU传感器和声学信号联合修正定位算法。IMU传感器处于常开状态，当定位系统检测到的累计误差超过额定阈值，激活麦克风接收声信号，通过声学高精度定位消除累计误差。

背景技术

随着物联网技术广泛应用，人们对于基于位置的服务(Location Based Service,LBS)，尤其是室内位置服务(Indoor LBS,ILBS)出现了爆发式的需求。虽然卫星定位系统已经十分完善，但卫星信号在室内急剧衰减，又受到室内复杂环境的影响。且室内定位准确性要求更高，现有卫星导航系统完全不能满足室内定位的需求。

近年来，室内定位逐渐引起学界和业界的关注，人们日益增长的定位服务需求也促使该领域的兴起，超市自动导购、停车场自动寻路、机器人自动分拣快递、工厂监狱等特殊场所的人员管理等领域都离不开高精度的室内定位服务。室内定位技术基于定位原理大致分为三类，分别是基于测距、基于信号指纹和基于地图构建，目前市面上的室内定位有些是单一技术，有些是混合了几种定位技术，形成多模态定位。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于误差触发标定的声学修正定位的实现方法，该方法用于解决减少IMU传感器的时间距离，进一步提高复杂室内情况下的定位精度。

本发明通常状态下选取惯性传感器读数作为原始数据，通过累次求积分和累次消除线性趋势获得估计移动距离，通过四元数以及Madgwick算法得到旋转角度，二者结合获得更新坐标值。设置误差门限阈值，传感器判断运动状态下移动距离超过产生的累计误差情况下，激活声学定位系统，获得高精度定位结果，以标定惯导数据，消除累计误差，实现了低功耗高精度的连续定位。具体包含以下步骤：

步骤1：采集智能终端惯导数据；

建立室内定位模型，采取捷联式惯性导航系统作为主选定位方式，利用智能终端内自带的IMU，获得当前时刻三轴加速度数值和三轴陀螺仪数值，记录当前时间。智能终端可以在线实时采集，也可离线保存在终端供测试使用。

步骤2：采用PDR算法得到位移值和旋转角；

对加速度数值消除线性趋势后积分，得到瞬时速度，再消除均值和线性趋势后积分，得到单位采样率内的位移值；设定正常步频范围(0.3-0.8s每步)下的IMU更新频率，利用PDR(Pedestrian Dead Reckoning)算法对陀螺仪数值处理估值，结合加速度计和磁力计，得到修正后的转动惯量和三轴转动角；

对三轴加速度读数a(a_x,a_y,a_z)去累次线性趋势和积分，如下式，

l(l_x,l_y,l_z)＝∫∫detrend(a)dt

得到三个方向的移动距离；对三轴陀螺仪数值做四元数计算，如下式，

其中，代表上一时刻姿态转换四元数，μ为递进步长，Δf为地球坐标系与转换后的传感器坐标系之间误差，包涵磁力计和加速度计修正。