[发明专利]一种水平仪辅助的室内行人轨迹推算方法

摘要

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。

主权项

1.一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：/n步骤1.数据预处理/n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；/n步骤2.计算步频/n2-1.加速度数据预处理，设置滑动时间窗口ΔT，采样频率f；/n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；/n2-2.搜索滑动时间窗口ΔT内的所有波峰，并依次标记；/n2-3.去除伪波峰，得到滑动时间窗口ΔT内所有有效波峰：location＝[l₁,l₂,l₃,...,l_i,...,l_n,]^T，n为有效波峰总数，则滑动时间窗口ΔT内的步数为n；采用三阈值法去除伪波峰，具体为：/n2-3-1.设置合加速度阈值为1.2g：当合加速度a＜1.2g，认定为伪波峰；/n2-3-2.设置波峰阈值：计算时间窗口内的三个最大值的平均值A_max，三个最小值的平均值A_min，取A_max和A_min的平均值average为波峰阈值，当小于波峰阈值时，认定为伪波峰；/n2-3-3.设置采样点阈值M：M＝0.2f；当相邻两个波峰之间采样点数小于M，认定第二个波峰为伪波峰；否则，两个波峰均为有效波峰；/n步骤3.计算步长/n3-1.计算得到第i步的起始点，同时作为第i-1步的终止点；进而得到所有起始点、终止点的集合：/nRANGE＝[range_1,range_2,...,range_i,...,range_n,range_L]^T；/n其中，range_1表示滑动时间窗口ΔT内第1个采样点、作为第1步的起始点，range_L表示滑动时间窗口ΔT内最后1个采样点，作为第n步的终止点；/n3-2.计算每一步的步长：/n /n其中，Q_i为第i步的采样点总数，a_q表示第i步中第q个采样点的合加速度，k、b为预设常数；/n步骤4.基于水平仪辅助计算行人航向角/n4-1.将每个时刻对应的时间戳t、方位角α、俯仰角β、翻滚角χ、X轴重力分量G_x、Y轴重力分量G_y、Z轴重力分量G_z组成向量：GRAND＝[t,α,β,χ,G_x,G_y,G_z]^T；其中，方位角α由地磁传感器测量得到，俯仰角β、翻滚角χ由陀螺传感器测量得到，X轴重力分量G_x、Y轴重力分量G_y、Z轴重力分量G_z由重力传感器测量得到；/n针对时刻t，若满足条件：俯仰角β、翻滚角χ均小于预设阈值β_th，且重力X轴分量G_x小于预设阈值G_th，则认定时刻t手机处于平放姿态；从零时刻开始检测，当连续检测手机处于平放姿态超过时间阈值t_th，则实现有效采样，将该时间段内所有时刻方位角的平均值作为预测初始行人航向角；/n4-2.结合室内地图和AP布局得到所有可能航向；将预测初始行人航向角与所有可能航向比较，得出与预测初始行人航向角最接近的可能航向，将该可能航向作为初始行人方向；/n步骤5.转弯检测/n5-1.设定采集窗口ΔT_orien，计算每个采集窗口ΔT_orien范围内方位角α的平均值orien；/n5-2.计算前后两个orien的变化幅度，若超过阈值80度，则判定为发生转弯动作；/n5-3.实时检测行人位置上所有AP的信号强度，选定信号强度最大的AP所在的拐点为转弯时刻行人最接近的拐点，在最接近拐点处向信号强度最大的AP转向，并更新行人航向角；/n步骤6.根据步骤2～步骤5得到的步频、步长、行人航向角信息，采用粒子滤波算法得到行人轨迹推算。/n