[发明专利]一种基于正反向滤波的惯性行人定位系统误差抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于正反向滤波的惯性行人定位系统误差抑制方法，属于行人定位技术领域。将惯性器件固定在行人脚部，根据测量得的加速度和角速度解算行人的定位信息；同时，定位系统检测并记录人脚部的运动状态，当脚部触地时，认为脚部处于“零速状态”，此时需储存加速度和角速度，零速状态结束后，计算零速区间长度；之后构造Kalman滤波器，对扩展后的零速区间内的数据进行正反向滤波，并利用滤波结果校正行人的定位信息，将补偿后的结果作为最终导航输出。本发明增强了不同运动速度下惯性行人定位系统的适用性，减小了因行人运动速度加快而导致的误差补偿不充分的问题，并且不需任何外界辅助信息就可提高定位精度，计算量小，简单易操作。

主权项

1.一种基于正反向滤波的惯性行人定位系统误差抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将惯性器件固定在行人脚部，打开电源并初始化系统；(2)系统实时采集惯性器件的输出数据；(3)系统实时检测并记录行人脚部的运动状态，用ZUPT(m)表示第m时刻脚步运动状态，当第m时刻脚部处于离地状态时，记作ZUPT(m)＝0；当第m时刻行人脚部触地时，记作ZUPT(m)＝1，理论上认为此时脚部与地面相对静止，即脚部运动速度为0，故将这一段相对静止的时间称为“零速区间”；(4)行人定位系统对惯性器件(陀螺仪和加速度计)输出信息进行解算,由陀螺仪输出的角速度计算行人姿态信息，得到其中b表示载体坐标系，n表示导航坐标系，表示b系到n系的转换矩阵；利用将加速度计输出的加速度信息投影到导航坐标系后，有其中f表示加速度信息，fb表示载体坐标系下的加速度信息，fn表示导航坐标系下的加速度信息；加速度信息经过一次积分求解出速度信息：νn＝∫fndt，再次积分求解出位置信息：pn＝∫vndt；其中ν表示速度信息，p表示位置信息，pn表示导航坐标系下的位置信息，t表示时间；(5)根据步骤(3)中零速检测的结果，如果当前时刻ZUPT＝1，则转至步骤(6)；如果当前时刻ZUPT＝0，判断前N时刻是否一直有ZUPT＝1，如果是，则转至步骤(7)；如果不是，直接将步骤(4)中解算的行人位姿信息作为最终的导航输出；(6)记录行人的加速度和角速度信息，并记录零速区间长度；(7)读取步骤(6)中加速度f、角速度ω和零速区间长度L，并扩展零速区间；(8)根据步骤(7)中加速度和角速度信息，解算行人的姿态ε和速度ν，理论上行人脚部触地时有ν＝0，ν＝δν，其中δν为速度误差；(9)构造Kalman滤波器，以速度误差δν、位置误差δp和姿态误差δε为状态量，以速度误差为观测量，对零速区间内数据进行滤波；(10)利用步骤(9)中解算出的δν，δp，δε补偿并将补偿后的结果作为最终导航输出，其中，分别为系统解算的ν，p，ε的值；(11)重复步骤(1)到步骤(10)，直至惯性行人定位系统导航结束。