[发明专利]一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统。该方法包括：获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；根据加速度测量值和陀螺仪测量值，解算室内物体的运动姿态，得到四元数数据；根据四元数数据将载体坐标系中室内物体的加速度值转换为地理坐标系中室内物体的加速度值；对地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，根据校准后的加速度值，获得室内物体的实际速度；根据实际速度，确定室内物体的运动位置，完成对室内物体的定位。本发明提供的基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统，能够对室内物体进行精确定位，且具有定位效率高的特点。

技术领域

本发明涉及移动定位技术领域，特别是涉及一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统。

背景技术

近年来，随着无线传感器网络，智能嵌入式设备和普适计算等技术的不断发展，人们对位置服务的需求不断增大。虽然全球定位系统(Global Positioning System，GPS)可以在室外实现较为精确的定位，但在室内环境或者高层建筑密集的地区却无法检测到信号。因此，基于室内的位置服务逐渐得到了人们的重视。室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成，形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。

对于室内定位技术，国外较为成熟的室内定位系统有Active Badge、LANDMARC、Horus和AH-Los等系统。而国内对于这方面的研究起步较晚，但也取得一些成绩，如北京航空航天大学的Weyes系统，中国科技大学通过UWB系统实现的高精度室内定位等。上述诸多室内定位解决方案依据硬件设备的种类可分为以下五类：基于基站的技术、基于WIFI的技术、基于无线传感器的技术、基于超宽带的技术和基于惯性传感器的技术。其中，基于基站的技术取决于基站信号，定位精度较低；基于WIFI、无线传感器和超宽带的室内定位方法虽有较高精度但成本较高，易受外界干扰；而基于惯性传感器的定位技术不依赖于任何外部信息，隐蔽性好且不受外界干扰，故设计采用基于惯性传感器的定位技术。

到目前为止，研究人员已经提出了多种基于惯性传感器的室内定位方法。然而，目前大多数研究人员都是采用九轴惯性传感器进行双积分法的室内定位，其中九轴包括三轴加速度、三轴陀螺仪以及三轴磁力计。当物体进行快速频繁运动时，使用九轴惯性传感器显然运算量较大。并且，在对惯性传感器进行数据融合时，采用卡尔曼滤波算法总是显得繁琐，计算量很大。因此，如何降低基于惯性传感器室内定位的计算复杂度提高定位效率，如何减少双积分法所带来的累积误差提高定位的精确度，成为基于惯性传感器室内定位亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统，能够对室内物体进行精确定位，且具有定位效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，包括：

获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动；

根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据；

分别构建载体坐标系和地理坐标系；所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系；

获取所述载体坐标系中所述室内物体的加速度值；

根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值；

对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值；

根据所述校准后的加速度值，获得所述室内物体的实际速度；

根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。