[发明专利]一种基于手机模态识别的行人导航航向修正方法

说明书

本发明公开了一种基于手机模态识别的行人导航航向修正方法，首先分析行人手机导航常用的模态特性。基于此，提出一种基于神经网络的手机模态识别算法；在准确识别手机模态的基础上，研究了一种基于零角速度修正的航向修正算法，减少行人导航定位的航向误差，提高行人导航定位的精度。本发明适用于行人导航，适用于多种手机导航模态，极大地提高了用户体验，具有极高的工程应用和商业价值。

技术领域

本发明属于定位导航技术领域，具体涉及一种基于手机模态识别的行人导航航向修正方法。

背景技术

随着智能手机的迅速发展，基于手机传感器的行人导航技术已经被证实具有极大的应用前景。在开阔的室外环境下，行人可以借助GPS进行定位导航。而针对室内环境下的行人定位技术主要分为两大方面，第一方面为基于惯性传感器的行人航位推算算法，将惯性传感器固定在行人足部、腿部或腰部等位置进行数据采集，采用步频检测、步长估计、零速修正等技术进行数据处理以实现定位。第二方面为基于WIFI、UWB、蓝牙、无线射频及ZigBee等无线设备辅助以获得行人位置信息。以上两类技术优劣各异，前者为自主式定位系统，短时精度较高，但其定位性能受惯性传感器精度的影响较为明显，且由于惯性传感器需固连在人体某一部位，对日常生活带来不便。后者的定位误差不随时间增长而累积，但需事先布置好基站，工作量较大，且针对未知环境定位时优势明显下降。

目前，多数手机导航方法都要求用户尽量在固定模态下手持手机，而在运动过程中用户很难一直保持固定模态，这就导致用户体验大幅度下降，且存在航向累计误差，难以保证高精度的行人定位导航要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于手机模态识别的行人导航航向修正方法，准确进行手机模态识别，有效修正航向角误差，抑制了惯性导航系统的误差发散。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于手机模态识别的行人导航航向修正方法，行人手持手机进行数据采集，航向修正方法包括如下步骤：

步骤1)采集不同手机导航模态下的手机传感器数据，进行模态分析并提取步态特征量；其中手机导航模态包括平拿模态、打电话模态、甩手模态，传感器数据指加速度与角速度，模态分析提取步态特征量指将加速度模值与行人初始静止阶段的模值作差得到的加速度模值差值；

步骤2)将步骤1)分析得到的步态特征量作为神经网络的输入，将模态标志位作为输出，构建基于BP神经网络的模态识别模型；

步骤3)建立基于零角速度修正的航向修正方法，包括：

3-1)水平对准后进行航向角递推；

3-2)检测手机模态切换状态，并对z轴角速度进行修正。

进一步的，所述步骤1)中：所述进行模态分析并提取步态特征量指的是分析三种手机导航模态下的三轴传感器的差异性，将加速度模值与行人初始静止阶段的模值作差，并利用滑动窗口平均法对加速度数据进行平滑处理，具体如下式所示：

其中，Δf_i为第i时刻加速度模值差值，f_ix、f_iy、f_iz为第i时刻的三轴加速度，f_0x、f_0y、f_0z代表初始静止阶段内的三轴加速度均值，f_k为第k时刻加速度模值差值，n为滑动窗口大小，T为采样周期；

利用加速度模值信息进行步态检测，在成功检测到一步时，提取出每一步的加速度模值的峰值、谷值、相邻峰峰值时间差与当前步与上一步的x轴加速度变化量及当前步的x轴加速度均值，构成加速度的特征量。