[发明专利]一种无信号覆盖环境下的反向轨迹导航系统及其实现方法

权利要求书

1.无信号覆盖环境下的反向轨迹导航系统的实现方法，系统包括

电源模块，用于将电能供给加速度传感器、陀螺仪、微处理器、存储器和显示屏，并将高电平信号提供给功能开关；

功能开关，与微处理器相连接用于控制系统的运行；

加速度传感器，与微处理器相连接用于将加速度数据提供给微处理器；

陀螺仪，与微处理器相连接用于将方向数据提供给微处理器；

微处理器，根据加速度数据和方向数据，得出当前位置与初始位置间的距离与方向；

存储器，与微处理器输出端相连接用于存储计算过程中的数据；

和显示屏，与微处理器输出端相连接用于显示当前位置到初始位置间的方向和距离；

所述陀螺仪具体采用的是单个三轴陀螺仪传感器，所述加速度传感器具体采用的是三轴加速度传感器；

实现方法具体包括以下几个步骤：

(1)初始化：系统启动前，先将所述陀螺仪水平放置一段时间，并读取当前陀螺仪的角速度，然后按下所述功能开关微处理器开始运行；

(2)系统启动后确定用户每步的步长；

(3)使用步数判定算法判定当前步伐是否有效，如果有效则转向步骤(4)；

(4)在判定步伐有效后，通过方向判定算法计算得到相邻两步间的方向α；

(5)通过轨迹描述算法对用户的运动逐次进行计算，得到当前所处位置的坐标；

(6)计算当前位置到初始位置的距离，将当前位置与初始位置相连接，可计算出当前位置与初始位置间的方向；

(7)将距离数据及方向数据输出到显示屏显示；

步骤(3)中，所述步数判定算法具体包括以下几个步骤：

(1a)将所述加速度传感器和陀螺仪的坐标系定为X、Y和Z；

(2a)通过所述微处理器对加速度传感器以固定频率持续采样，并更新Z轴上加速度的最大值Max和最小值Min，将加速度平均值(Max+Min)/2称为阈值；

(3a)当加速度Max>阈值>Min时，判定当前步伐有效，步数加一，得到步伐数据；

步骤(4)中，所述方向判定算法由角速度数据以及间隔时间计算得出，具体计算方法如下：

方向α＝角速度对时间的积分其中，角速度ω是从所述陀螺仪直接读出，时间t的计算方法如下：

(1b)将所述加速度传感器的采样频率记为f；

(2b)将上一次判定步伐有效到本次判定步伐有效间的采样次数记为n；

(3b)时间t的计算公式t＝(n+1)/f；

步骤(5)中，所述轨迹描述算法具体包括以下几个步骤：

(1c)将直角坐标系内[x₀＝0,y₀＝0]坐标设置为初始位置，通过步骤(3)判定用户已迈出一步；

(2c)将步骤(4)中得到的第一步的方向数据α₁与用户步长一起计算，计算得出该位置在坐标系内的坐标为[sinα₁*1,cosα₁*1]即为[x₁,y₁]点；

(3c)将步骤(4)中得到的第二步的方向数据用α₂表示，与用户步长一起计算后，得到该位置在坐标系内的坐标为[sinα₂*1+sinα₂*1,cosα₂*1+cosα₂*1]即为[x₂,y₂]；

(4c)以此轨迹描述算法对之后的运动逐次进行计算，得到当前所处位置的坐标。

2.根据权利要求1所述的反向轨迹导航系统的实现方法，其特征在于，

步骤(2)中，用户每步的步长取决于用户的速度和身高。

3.根据权利要求1所述的反向轨迹导航系统的实现方法，其特征在于，

步骤(6)中，则

通过公式∠β＝arctan(y₂/x₂)+90°得到[x₂,y₂]与y₀轴的夹角即为当前位置指向初始位置(0,0)的方向角，从而得到当前位置到初始位置(0,0)间的导航方向。