[发明专利]一种人员高度自主定位算法

说明书

本发明请求保护一种人员高度自主定位算法，该算法包括：1.检测X，Z轴加速度计峰值特征，对人员的上下楼或者行走状态进行判定；2.检测人员步态，通过加速度计瞬时零位捕获和陀螺仪三维动态融合算法计算上下楼时的步高，然后进行高度解算；3.通过姿态角检测上下楼过程中的转弯点，在转弯点将解算高度修正到半层楼高的整数倍，减少高度误差；该高度算法不依靠气压计以及其他辅助设备，自主性高且不易受外界环境影响，适用于各种室内环境复杂的领域。

技术领域

本发明属于一种高度算法，该算法不依靠气压计以及任何辅助设备，完全依赖于惯性传感器，自主性好，可靠性高，不易受环境变化的影响。特别适用于环境变化较复杂的室内环境，比如核电站人员定位领域、火灾救援领域。

背景技术

随着情景感知、环境智能等应用需求的不断增加，基于室内位置服务的应用越来越受人们的青睐，比如火灾救援，核电站人员定位等。由于在室内建筑内无法接受到卫星信号或卫星信号弱，因此无法在室内利用GPS测高。

室内高度定位主要是指将人员准确定位到人员所在楼层，而目前的室内人员高度定位技术中，应用比较广泛的是基于气压计的高度定位技术，基于气压计与辅助设备(RFID、WLAN、UWB等)融合的高度定位技术。基于气压计与辅助设备融合的高度定位技术，需要预先在室内建筑安装设备，只适用于某些特定环境，虽然精度高但是适应性差。而基于气压计的高度定位技术虽然自主性好，但是气压计易受风速、温度、湿度等空气因素的影响，在一些环境变化比较复杂的环境中，依靠气压计解算的高度存在很大的误差，误差高达几米甚至十几米，并不能将人员定位到准确楼层。

在惯性定位系统中，由于气压计的局限性，在一些环境变化比较复杂的室内环境，基于气压计解算的高度并不可靠。目前仅依靠惯性传感器进行高度估计的算法还比较少，比如基于垂直方向的加速度计双重积分的高度算法，这种算法对加速度计的精度要求很高，成本较大。目前室内高度算法自主性差、易受环境影响等问题。

基于以上所述，本发明提出了一种基于纯惯导的人员自主室内高度算法，该算法仅依靠MEMS加速度计和陀螺仪，成本较低且可靠性高，能够广泛应用于环境变化比较复杂的民用领域，比如火灾救援、核电站人员定位。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种自主性好、可靠性高、精度高的室内高度定位算法。本发明的技术方案如下：

一种人员高度自主定位算法，其包括以下步骤：

1)、对惯性系统的MEMS加速度计和MEMS陀螺仪进行数据处理，主要包括：安装误差、零偏、刻度因子等误差校准，温度补偿、以及低通滤波。并将惯性系统安装在行人腰部，获得行人的运动加速度。

2)、对X，Z轴加速度计进行峰值检测，分别表示为Ax_max、Az_min。由于人员行走时身体摆动，导致加速度计在一个周期内出现了两个波峰。本专利通过设定一个峰值检测间隔时间T_c，即当检测到第一个峰值以后，间隔时间T_c后再进行下一次的峰值检测，通过这种时间阈值法滤除加速度计次波峰的干扰。根据X，Z轴加速度计的峰值特征，对人员的上下楼或者平走状态进行判定。

3)、检测人员步态，通过加速度计瞬时零位捕获和陀螺仪三维动态融合算法计算上下楼时的步高，然后进行高度解算；

4)、通过姿态角检测上下楼过程中的转弯点，在转弯点将解算高度修正到半层楼高的整数倍，得到人员位置高度。

进一步的，所述步骤1)对惯性系统进行包括误差校准、温度补偿、低通滤波在内的数据处理步骤，具体包括：

101.选定一个集成三轴MEMS加速度计和陀螺仪的惯性系统；

102.选定二自由度及以上的旋转控制系统；

103.对步骤102的旋转控制系统的主轴和俯仰轴进行归零操作；