[发明专利]一种基于SHE模型的脚步捷联测高方法

说明书

本发明一种基于SHE模型的脚步捷联测高方法，具体步骤包括：步骤一：通过零速检测读取每个步周期内静止状态的高度；步骤二：对零速静止状态的高度求平均；步骤三：计算步间惯性高度增量；步骤四：设定垂直运动模式分类门限值；步骤五：判定垂直运动模式；步骤六：计算步间分类高度增量；步骤七：求取当前高度；步骤八：更新惯性器件输出的高度值。通过以上步骤，将行人垂直运动模式进行分类，利用每个台阶等间距的特点，可消除惯性测高的不稳定性并减少累积误差，计算得到定位高度。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，特别涉及一种基于SHE(Step Height Equidistant,步高等间距)模型的脚步捷联测高方法。具体来说，是指利用楼梯台阶等间距的特点，每个步态周期内，行人在不同运动模式(水平面、上楼梯和下楼梯)下的高度变化分别对应着固定的增量，再通过每步垂直距离增量的累加，求取行人的定位高度。解决了惯性通道的不稳定性问题，减小了高度方向的累积误差，提升了行人在室内步行时高度定位的准确性。

背景技术

室内定位技术在智能社会中发挥了重要作用，已被广泛应用于物联网、机器人服务、紧急救援、团购、广告精准推送、企业人员数字化管理、智能仓储等需要精确室内地理位置的领域。室内定位技术也是当今国内外工业界和学术界的研究热点，比如谷歌研发的室内视觉定位服务系统、苹果推动的基于低功耗蓝牙iBeacon室内定位技术，以及北京邮电大学开发的曦和系统等。

MEMS-IMU(Micro Electro Mechanical System-Inertial Measurement Unit,微机电惯性测量单元)定位在众多的室内定位技术中，由于具有连续性、自主性、成本低等优点，受到广泛关注。研究MEMS-IMU作为辅助传感器的组合导航技术有助于提高导航系统的性能。例如，在超宽带、WiFi等电磁波定位受到非视距传播或者遮挡时，MEMS-IMU定位系统能够辅助其提高定位精度并保持定位鲁棒性。对于定位目标快速运动，MEMS-IMU能在相机数据无效的时间段内，提供一个较好的位姿估计，而纯视觉SLAM却无法做到等。

对于纯MEMS-IMU用于行人三维定位与导航，其累积误差严重影响定位性能。水平面上通过ZUPT(Zero Velocity Update，零速检测)方法能有效消除累积误差。然而，垂直惯性通道具有不稳定性，无法长时间采用MEMS-IMU垂直加速度的二次积分方法来准确获取高度。长久以来，采用气压计或者气压计辅助惯性器件的垂直轴来进行高度计算，但气压计受室内温度、气流、气压等的影响；基于激光雷达或者图像的方法测高增加了计算的复杂度，对设备性能要求高；用WiFi或者地图信息进行测高，则严重依赖外部基础设施和建筑物结构信息。针对火场、军事战场等需要自主和安全定位的场景，本专利申请提出的基于SHE模型的脚步捷联测高方法，可以有效减少高度累积误差并消除惯性垂直通道的不稳定性，并且不需要外部基础设施和先验地图信息等辅助。

发明内容

本发明的目的在于：提出了一种基于SHE模型的脚步捷联测高方法。具体来说，是指在建筑物内每个楼梯台阶的高度相同，行人正常上下楼梯时，在步态周期内，垂直方向的运动模式分成三类：平面运动(每步对应高度增量为0)，上楼梯(每步对应高度增量为2A)，下楼梯(每步对应高度增量为-2A)，其中，A为每个楼梯台阶的高度。之后获取相邻步态周期中MEMS-IMU绑定脚处于触地状态时的步间惯性高度增量Δh，并设定垂直运动模式分类门限值δ(δ取经验值0.12m)。如果∣Δh∣小于δ，则步间分类高度增量Δh_cl(k)保持不变；如果Δh小于-δ，则Δh_cl(k)为前一步触地时的高度减2A；如果Δh大于δ，则Δh_cl为前一步触地时的高度加2A，累加每个步周期的垂直运动模式分类高度Δh_cl便得到行人的高度信息。可解决惯性通道的不稳定性问题，减小高度方向的累积误差，提升行人在室内步行时高度定位的准确性。

技术方案：为解决以上问题，本发明提出一种基于SHE模型的脚步捷联测高方法，主要分为三个部分：

(1)计算步间惯性高度增量