[发明专利]一种水平仪辅助的室内行人轨迹推算方法

说明书

本发明属于室内定位领域，涉及传感器信号处理、粒子滤波算法、行人航位推算等技术，具体为一种水平仪辅助的室内行人轨迹推算方法，用以克服传统PDR方法中手机姿态不稳定带来的航向信息不可用的问题。本发明首先利用手机内置水平仪检测手机姿态，获取可靠的行人航向信息，接着分析各AP的Wi‑Fi接收信号强度获取行人粗略位置，然后利用手机地磁信息检测行人是否发生转弯动作，并结合实际地图信息更新行人航向，最终融合行人步频、步长、航向三种信息推算行人运动轨迹；相对一般的手机惯性导航而言，本发明在导航过程中不需要保持手机姿态相对人体姿态不变，实时更新行人航向，技术简单，实用性强，适用于室内众包指纹建库领域。

技术领域

本发明属于室内定位领域，涉及传感器信号处理、粒子滤波算法、行人航位推算(Pedest rian Dead Reckoning，PDR)等技术，具体为一种水平仪辅助的室内行人轨迹推算方法。

背景技术

在PDR技术中，步频、步长、航向三种信息至关重要；其中，步频、步长的研究较为成熟，而如何提高航向信息获取的准确度，仍是研究热点。目前，主流思路是通过四元数法，结合陀螺仪信息解算航向，该方法要求手机一直保持相对人体固定的平端姿态，运算量大，硬件要求高，容易累积误差，造成航向信息不可用，进而导致PDR算法失效。

目前主流的航向测算方法通常要求手机一直保持固定的平端姿态，以保证地磁数据，陀螺仪数据准确，适用于四元数方法的计算。但现实情况下，手机姿态多样，可能打电话，可能放包里，可能平放看视频，这种限制条件严重影响了用户体验，使得目前手机PDR算法不具有实际应用价值。

在室内环境中，行人运动状态一般分为长时间直线行走与短时间直角转弯。研究发现，手机最常出现的是机身平放、头部朝前的姿态，此时，手机获得的地磁信息可以较好的表征行人航向。文献“A.Rai,K.K.Chintalapudi,V.N.Padmanabhan,and R.Sen,“Zee:Zero-effort crowdsourcing for indoor localization,”in Proc.ACM MobiCom,2012,pp.293–304.”指出，室内环境中，墙壁、走廊可以辅助定位。根据上述背景，本发明提出了一种融合实际环境信息的行人运动轨迹推算方法。

发明内容

本发明的目的在于针对传统PDR方法中手机姿态不稳定带来的航向信息不可用的问题，提出了一种水平仪辅助的室内行人轨迹推算方法；该方法首先利用手机内置水平仪检测手机姿态，获取可靠的行人航向信息，接着分析各AP的Wi-Fi接收信号强度(ReceivedSignal St rength，RSS)获取行人粗略位置，然后利用手机地磁信息检测行人是否发生转弯动作，并结合实际地图信息更新行人航向，最终融合行人步频、步长、航向三种信息推算行人运动轨迹。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水平仪辅助的室内行人轨迹推算方法，包含以下具体步骤：

步骤1.数据预处理

通过加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器、重力传感器获取数据，并将所得到的数据做滤波平滑处理；

步骤2.计算步频

2-1.加速度数据预处理，设置滑动时间窗口ΔT，采样频率f；

对每一个采样点计算：其中，a_x、a_y、a_z分别为X轴、Y轴、Z轴的加速度，均由加速度传感器测量得到；

2-2.搜索滑动时间窗口ΔT内的所有波峰，并依次标记；