[发明专利]基于RFID和MEMS惯性技术的人员定位方法

说明书

本发明公开了一种基于RFID和MEMS惯性技术的人员定位方法。本发明方法中RFID修正点不仅可以提供人员的姿态和位置、速度信息，还能对MEMS惯导系统进行修正，获取陀螺仪和加速度计零偏估计，有助于人员长时间在无GNSS信号环境下工作，实现可靠的外部信息对惯性技术计算信息的精确修正，保证了人员定位的可靠精确；此外，步行者每走一步时均会实施一次零速修正算法，限制位置误差的发散，而为了更准确的检测人员零速时间，本发明还提出了一种基于加权指标的阈值零速检测算法，对常用的几种检测算法的判断指标加权，从而产生更优的指标，与阈值进行比较，对零速的检测准确度更高、结果更可靠。

技术领域

本发明涉及一种基于RFID和MEMS惯性技术的人员定位方法。

背景技术

GNSS定位设备发展迅速，市场占有率逐年上升。但由于GNSS易受环境影响的固有不足，使其只适于室外的开阔环境，在室内、丛林以及地下等无GNSS信号的区域无能为力。目前，对于无GNSS信号区域的人员定位，市场上出现了很多方法，主要包括以下两种：一种是基于磁力计和MEMS惯性技术结合的个人导航系统，另一种是基于红外技术的感应定位系统。基于磁力计和MEMS惯性技术结合的个人导航系统，其基本原理是利用MEMS惯性技术进行惯性导航解算，解决了GNSS导航系统的缺陷，利用磁力计修正方位信息，但磁力计易受周围磁场的影响，不能有效的抑制方位误差，从而不能实现人员的长时间定位；基于红外技术的感应定位系统，其基本原理是将有线连接的红外传感器分布于定位范围之内，被定位者随身携带定位标签，每15秒广播该标签唯一的标识码，被红外传感器感知后根据传感器位置确定定位标签的位置，但其覆盖范围有限，易被干扰，穿透力较差。

此外，在个人定位技术中主要存在如下三种形式：基于运动模型的个人航迹推算定位、个人里程计推算方法定位、基于脚步检测的个人导航系统定位。其中，基于运动模型的个人航迹推算定位(PDR，Personal Dead-reckoning)是研究的热点，其定位原理为判断行人迈步，估计步长获得行人移动的距离，通过行人的朝向判断前进的方向，结合距离与方向得到行人相对初始点的相对位移。因此，PDR需要重点解决三个问题，即步数的检测与计数、步长的估计及前进朝向的估计。步数的检测与计数最常见的方法为阈值检测法，检测对象通常为加速度幅值与角速度，或两者同时使用；在某些情况下，磁力计的测量值也可作为检测对象。除了阈值检测以外，峰值检测、过零检测也可作为判断步数的方式，低通滤波则在提高检测精度中起到了重要的作用。此种定位方式的缺点在于人运动时的状态变化非常复杂，很难精确测量。而且人体运动时的振动等会给传感器带来很大噪声，因此，基于运动模型的航迹推算定位技术目前还处于试验和研究阶段，还有很多问题需要解决。

个人里程计推算方法定位的基本原理是将惯性装置安装在腿上的各关节位置，从人体运动学角度对人的步态进行分析。该方法需要复杂的人体步态建模，装置也比较复杂，使用起来不够方便。基于脚步检测的个人导航系统包含加速度传感器和移动距离测量装置。其中，加速度传感器用于检测移动方向和与用户相对的重力方向的加速度，并根据检测的结果输出加速度信号；移动距离测量装置用于计算移动方向和重力方向上加速度信号的滑窗求和数据，从而计算出所述滑窗求和数据的和。然后，基于微分的滑窗求和数据检测过零点。将当前过零点和前一过零点之间的检测时间的差值与阈值进行比较，从而基于行走的明显的信号模式检测用户脚步。所述脚步检测设备区分由人体的摆动(例如：振动)引起的过零检测和由用户的脚步引起的过零检测，以便所述脚步检测设备更精确地检测用户脚步。此种定位方式的缺点在于需要根据加速度传感器和距离测量装置短时间能够提供可靠的位置信息，如果人员长时间在无GNSS信号环境工作，那么位置信息将不可靠，而且无法知道载体的航向信息。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于RFID和MEMS惯性技术的人员定位方法，通过行走过程中的零速修正和RFID技术对MEMS惯导系统更新的位置、速度、姿态进行修正，利于实现在无GNSS信号环境下精确可靠的人员定位。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：