[发明专利]一种基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及定位技术，尤其涉及一种基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统及其方法。

背景技术

目前，基于GPS的室外定位方法以其成熟的技术和较高的精度在军事和民用领域取得了良好的应用效果。但是由于其定位信号在到达地面时较弱且无法穿越建筑物，因此不适合封闭空间(如建筑物内部、地下空间、船舶封闭舱室)定位，因此必须研究新的封闭舱室定位技术以弥补GPS的不足。现在主要的封闭舱室定位方法有基于红外线、超声波、RFID和无线网络等技术。但其分别有易受物体阻挡、传输距离较短、设施费用较高等缺点。相比较而言，基于行走轨迹推算的封闭舱室定位方法在给定初始位置和方向后能够推算下一时刻行走的位置和方向信息，不易受外界影响，能随时随地提供行走的位置信息。

随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System，MEMS)技术的普及，各类MEMS传感器开始得到广泛应用。如果能充分利用MEMS传感器中的方向传感器与加速度器，组成惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)，融合行走轨迹推算的定位思想，将有效提高封闭舱室定位精度以及鲁棒性，而且可以降低用于提高封闭舱室定位系统信号覆盖所需要的成本。

发明内容

本发明克服了现有定位方法需要依靠外部信号实现且易受到物体阻挡的不足、而且现有的系统维护成本较高的缺陷，提出了一种基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统及其方法。

本发明提出了一种基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统，包括：

传感器装置，其实时地接收所述定位系统所处环境的加速度及方向属性，生成方向传感数据与加速度传感数据；

数据处理装置，其与所述传感器装置连接，分别根据所述方向传感数据与所述加速度数据得到方向数据与位移数据，并对所述方向数据与位移数据进行整合，得到整合的位置信息；

人机交互装置，其与所述数据处理装置连接，提供用户与所述定位系统的交互通道，用于接收用户输入的指令与实时输出所述位置信息。

本发明提出的所述基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统中，所述传感器装置包括方向传感器与加速度传感器；所述方向传感器用于探测所述定位系统的方向属性得到方向传感数据；所述加速度传感器用于探测所述定位系统的加速度属性得到加速度传感数据。

本发明提出的所述基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统中，所述传感器装置为MEMS传感器。

本发明提出的所述基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统中，所述数据处理装置包括：

方向计算单元，其用于根据所述方向传感数据计算相对于事先设定的初始方向的偏移量得到方向数据；

步伐监测单元，其计算并监测所述加速度传感数据计算步伐的数量；

步长估计单元，其根据所述加速度传感数据提供步长信息；

位移计算单元，其根据所述步伐的数量与所述步长信息计算距离得到位移数据；

位置信息合成单元，其在前一单位时刻的位置信息基础上，以所述方向数据为偏向角，以所述位移信息为偏向距离，得到下一单位时刻点的位置信息。

本发明提出的所述基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航系统中，所述人机交互装置包括：

按键控制单元，其提供用户输入指令；

显示输出单元，其与所述数据处理装置及所述按键控制单元连接，用于接收用户输入的指令以及显示当前的位置信息；

语音输出单元，其与所述显示输出单元连接，用于将所述位置信息转换为语音数据后以声音的方式输出。

本发明还提出了一种基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航方法，包括如下步骤：

步骤一：采集方向传感数据与加速度传感数据；

步骤二：计算所述方向传感数据得到方向数据，计算所述加速度传感数据得到位移数据，整合所述方向数据与所述位移数据得到位置信息；

步骤三：输出当前的位置信息实现定位。

本发明提出的所述基于行走轨迹推算的封闭舱室定位导航方法中，所述步骤二包括如下步骤：

步骤2a：根据所述方向传感数据计算相对于事先设定的初始方向的偏移量得到方向数据；

步骤2b：计算并监测所述加速度传感数据的模值，根据所述模值计算步伐的数量；

步骤2c：根据所述加速度传感数据估算一个步伐的步长得到步长信息；

步骤2d：根据所述步伐的数量与所述步长信息计算位移数据；