[发明专利]一种基于步长模型约束的单足MIMU行人导航定位方法

权利要求书

1.一种基于步长模型约束的单足MIMU行人导航定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，建立行人步长模型，根据行人行走过程中，足部MIMU的加速度变化情况进行步长模型的建立；

步骤b，利用行人行走过程中足部存在速度为零的时间段，进行零速区间的检测；

步骤c,建立捷联惯导误差模型并通过零速修正算法进行位置信息的初步估计；

步骤d，使用步长模型对零速修正算法后的位置数据采用卡尔曼滤波算法进行再次优化处理。

2.根据权利要求1所述一种基于步长模型约束的单足MIMU行人导航定位方法，其特征在于：所述步骤a中根据每一步的步长与足部加速度向上分量和的最大值和最小值、加速度向上分量的方差以及步频，建立行人步长模型，如下式：

式中，L_sm为步长，a_max和a_min分别为加速度向上分量的最大值和最小值，Var(a_z)为加速度向上分量的方差，f为步频，α，β，γ为模型参数。

3.根据权利要求1所述一种基于步长模型约束的单足MIMU行人导航定位方法，其特征在于：所述步骤b中采用广义似然比检测法和足部一个步态周期中零速区间窗口占比为20％～40％相结合的方法进行零速区间的检测。

4.根据权利要求3所述一种基于步长模型约束的单足MIMU行人导航定位方法，其特征在于：所述广义似然比检测法检测零速区间，其滑动窗口内MIMU的加速度和陀螺仪的输出满足下式：

式中，N为滑动窗口的长度，a_k和ω_k分别为加速度和角速度的测量值，g为重力加速度,为加速度的平均值，和分别为加速度和角速度的测量噪声方差，T(a_k,ω_k)为k时刻的均方误差值，n表示数据点个数；

足部一个步态周期中零速区间窗口占比为20％～40％，因此满足下式：

1T_k/5≤T₀≤2T_k/5

式中，T_k为第k个步态周期，T₀为T_k步态周期中速度为零的区间窗口；

零速区间的判别式如下式：

式中，λ为阈值参数，C为逻辑值；

当C值为1则为零速区间，反之则为非零速区间。

5.根据权利要求1所述一种基于步长模型约束的单足MIMU行人导航定位方法，其特征在于：步骤c中，所述捷联惯导误差模型如下式：

式中，为捷联惯导的姿态角误差，分别为横滚角误差、俯仰角误差和航向角误差，为捷联惯导的速度误差，分别为东向速度误差、北向速度误差和天向速度误差，δp＝[δx δy δz]^T为捷联惯导的位置误差，δx，δy，δz分别为x轴的位置误差、y轴的位置误差和z轴的位置误差，δω^b和δf^b别为陀螺仪和加速度计的测量噪声误差,为载体坐标系(b系)到地理坐标系(n系)的姿态转换矩阵，f^b为b系中加速度计的测量值，(f^b×)为分别为b系中加速度x，y，z的加速度测量值。

根据捷联惯导误差模型，选取位置误差，速度误差和姿态角误差构成卡尔曼滤波器的状态矢量，建立状态方程如下式：

式中，其中，和分别为MIMU中陀螺仪和加速计的噪声协方差矩阵，为系统状态量，I_3×3为3×3的单位矩阵；

系统的量测方程如下式：

z(t)＝Hx(t)+v(t)

式中，H为量测矩阵，v(t)为量测噪声矩阵，z(t)为系统观测量。