[发明专利]基于零加速修正的智能手机惯性传感器室内定位方法

说明书

一种基于零加速修正的智能手机惯性传感器室内定位方法。其包括数据采集、零加速检测、姿态矩阵估计以及位置解算等步骤。为解决捷联惯性导航器件的累积误差问题，在不增加额外传感器的前提下，本发明提出一种零加速修正的定位方法。该方法利用检测出的零加速状态对智能手机的姿态信息进行修正，从而避免重建轨迹因累积误差的存在而发散，实现较精确的定位。实验结果表明，本发明所提出方法获得的轨迹与真实轨迹能够较好地契合，可以实现对人员的准确定位，能够应用于无GPS定位的环境中。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，特别是涉及一种基于零加速修正的智能手机惯性传感器室内定位方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们对基于位置服务(location based services,LBS)的需求日益增加。内置GPS芯片的智能手机可以便捷地在户外实现定位功能。然而，对于室内环境，特别是大型室内环境，如图书馆、商场、写字楼等，GPS信号受建筑物的影响，信号强度较低，无法提供相应的定位服务。因此如何在复杂室内环境中利用智能手机实现人员定位成为近年来的研究热点。

随着智能手机的普及与功能完善，有关学者们尝试利用智能手机内置器件实现室内定位功能。WIFI定位技术是目前常用的室内定位技术，但此技术需要用户提前预知WIFI热点的分布情况，环境WIFI热点布局的任何改变都会对定位性能产生影响。基于惯性传感器的定位技术可以应用在无GPS信号的室内环境中，目前主要有行人航位推算(pedestriandead reckoning,PDR)技术和捷联惯性导航(strapdown inertial navigation,SIN)技术。PDR技术的核心问题是如何确定行人步长。法国GEOLOC实验室的Renaudin V等人利用杂交滤波器标定行人步长；He Feng-tao等人提出基于模糊逻辑的步长估计算法；天津大学的汪少初等人提出了根据步行中腰部运动特点的步长估计算法。由于PDR算法导航精度通常为0.3％～10％，该技术过于依赖步长估计算法，因此具有较大的局限性。SIN技术则是基于加速度和角速度数据信号积分的方法，该方法对惯性传感器的精度依赖性较强。对于智能手机内置惯性传感器件，由于成本原因，相应测量精度较低，利用惯性传感器件测量数据积分获得的轨迹信息易受到累积误差的影响。

零速修正是利用平台的短暂静止状态对定位数据进行修正，可以解决惯性定位方法的累积误差问题。采用零速修正的位置系统通常是利用一个外置的传感器进行静止状态检测，例如将惯性传感器件置于行人脚底，通过检测行人步行时脚着地期间的短暂停止期作为零速状态，将此状态信息提供给定位系统以，实现对累积误差的修正，然而智能手机不适用于置于鞋底的方式。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于零加速修正的智能手机惯性传感器室内定位方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于零加速修正的智能手机惯性传感器室内定位方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)利用智能手机内置的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计在内的传感器采集行人步行数据，得到载体坐标系下三轴加速度、三轴角速度和三轴磁分量的S1阶段；

(2)对步骤(1)得到的载体坐标系下三轴加速度和三轴角速度进行零加速检测，以判定行人是否处于零加速状态的S2阶段；

(3)根据步骤(2)获得的行人是否处于零加速状态的判定结果，得到零加速状态或非零加速状态下姿态估计矩阵的S3阶段；

(4)利用步骤(3)得到的姿态估计矩阵实现三轴加速度和三轴角速度由载体坐标系向惯性坐标系的转换，并对地理坐标系的速度向量和位置向量进行更新，得到行人位置的S4阶段。