[发明专利]一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法

权利要求书

1.一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将惯性器件固定在行人足部，打开电源并初始化系统；

步骤二：系统实时采集惯性器件的输出数据，包括加速度计输出的加速度信息和陀螺仪输出的角速度信息；

步骤三：利用步骤二中采集到的角速度信息，解算行人足部的姿态信息，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；

步骤四：根据步骤二中采集的加速度f和步骤三中解算得的转换矩阵计算行人足部位置信息和姿态信息：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^b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；

步骤五：系统利用加速度和角加速度幅值判别法实时检测行人的运动状态，将行人运动状态分为慢走、快走和跑步；

步骤六：根据步骤五中检测得的行人运动状态，判断零速检测窗口长度N；

步骤七：读取步骤二中采集的足部加速度f和足部角速度ω，根据步骤六中零速检测窗口长度N，利用基于滑动窗口的加速度和角速度方差检测法判断行人足部运动状态，并用ZUPT表示足部运动状态，当足部处于离地状态时，记作ZUPT＝0；当行人足部触地时，记作ZUPT＝1；

步骤八：根据步骤五中零速检测结果，如果ZUPT＝0，则将步骤四中解算的定位信息作为最终导航信息并输出；如果ZUPT＝1，则转至步骤九；

步骤九：根据步骤七中加速度和角速度信息，解算行人的速度和位置由于理论上行人足部触地时有ν＝0，所以其中δν为速度误差；

步骤十：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Kalman滤波；

步骤十一：利用步骤十中解算出的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；

步骤十二：重复步骤二到步骤十一，直至惯性行人定位系统导航结束；

所述的步骤五具体为：

(5.1)k时刻，行人足部加速度幅值为角加速度幅值为其中，||·||表示向量的2范数；

(5.2)记m为行人运动状态检测窗口长度，对前m时刻的数据进行分析，若满足且则可认为行人处于跑步状态；若且则可认为行人处于快走状态；否则，认为行人处于慢走状态，其中，γ′_f、γ″_f、γ′_ω、γ″_ω为运动状态检测阈值，当k＜m时，属于行人运动初始时刻，此时行人足部一般的静止的，将其归类为慢走状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法，其特征在于，所述的步骤六具体为：

若行人处于跑步状态，则零速检测窗口长度选取为N₁；若行人处于快走状态，则零速检测窗口长度选取为N₂；若行人处于慢走状态，则零速检测窗口长度选取为N₃。

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应零速区间调整的惯性行人定位方法，其特征在于，所述的步骤七具体为：

(7.1)读取步骤二中采集的足部加速度f和足部角速度ω，根据步骤六中零速检测 窗口长度N，利用基于滑动窗口的加速度和角速度方差检测法判断行人足部运动状态，并用ZUPT表示足部运动状态；当足部处于离地状态时，记作ZUPT＝0；当行人足部触地时，记作ZUPT＝1，理论上认为此时足部与地面相对静止，将这一段相对静止的时间定义为“零速区间”；

(7.2)具体过程如下：

若k时刻，满足且则认为足部处于触地状态，记作ZUPT(k)＝1，理论上认为此时足部与地面相对静止，即足部运动速度为0，并将这一段相对静止的时间称为“零速区间”；反之，则认为足部处于离地状态，记作ZUPT(m)＝0，其中，γ₁、γ₂为零速检测阈值，σ_ω为陀螺仪白噪声误差。