[发明专利]一种行人惯性导航的航向校正方法

说明书

本发明提供了一种行人惯性导航的航向校正方法，相较于利用多传感器融合的航向校正方法，本方法只用惯导传感器实现了较为准确的航向校正，节省了硬件成本，简化了算法复杂度。相较于现有的基于纯惯性导航系统的航向校正方法，本方法深入挖掘惯导元器件的特性，充分利用了行进过程中已有的信息，而不是只局限在某一个特定时间段内的局部信息，并且利用时间优先的原则对筛选出的匹配信号进行再一次选取，这使得本方法有更好的鲁棒性、更精确的航向校正效果。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，尤其涉及一种行人惯性导航的航向校正方法。

背景技术

随着社会的快速发展，导航技术无论在军用还是民用方面都得到了广泛的应用，在近些年也取得了长足的发展。在室外定位中，全球导航定位系统有着优秀的表现，然而，由于卫星信号穿透性较差，在高楼、地下建筑等室内场景中，卫星定位系统的表现不尽如人意。惯性导航技术作为一种不易受外界环境干扰，无需预先部署，无依赖，低成本的导航技术，在无GPS情况下的定位中有着独特的优势。

惯性导航系统，是一种根据惯性传感器模块测量行人的运动参数并通过导航解算，解算出行人运动的位置信息的导航方法。惯性传感器模块主要由三轴加速度计、三轴陀螺仪组成，有些惯性传感器模块还会集成温度计、磁力计以及气压计。由于惯性导航系统单纯依靠惯性传感器的原始数据进行导航解算(无其他额外信息辅助)的特点，惯性传感器的质量往往成为左右惯性导航系统精度的主要因素。传统的惯性导航系统主要是对惯性传感器测得的加速度以及角加速度进行二次积分得到导航轨迹。然而，以积分的形式去推算导航轨迹，会不可避免地对噪声以及误差进行累积，这就会导致惯性导航系统在长距离、长时间的定位中出现严重的轨迹发散现象，难以符合长时间定位的要求。而基于行人航向推算系统(PDR)的惯性导航系统虽然可以有效减少积分所带来的航向累积误差，但在长距离的定位上仍然会存在航向的发散问题。

现有的解决航向发散问题的方法主要依赖于外界的信号辅助，比如磁场信号、毫米波雷达信号、激光信号、相机图像等等。然而，如毫米波雷达信号、激光信号及相机图像，对外界的设备要求比较高，造价昂贵且不易携带。磁场信号虽然容易获取，却非常容易受到外界信号的干扰，而室内磁场干扰源复杂多变，难以进行定量分析，所以现有的磁场融合算法都不能很好地证明算法的通用性与准确性。而不依赖于外界信号的航向纠正算法主要是利用行人的运动特性，典型的就是启发式漂移减少算法(HDR)。HDR算法利用行人行进过程中趋向于直线行走的特性，通过动态滑动窗口的方式，比较当前脚步的方向与过去几步中的脚步方向的差值，得出一个直线行走的判断。而后将当前脚步方向设置为过去几步脚步行进方向的均值，将此作为实际航向代入到惯导系统中求取接下来的航向。这种利用行人短期内运动特性的航向校正方法在一定程度上减小了航向误差，但由于这种方法只能利用短期内的惯导信息，未能充分利用过去时刻的惯导信息，因此在长时间上，它只能对航向信息微弱地进行补偿，不能完全满足惯性导航系统的要求。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种行人惯性导航的航向校正方法解决了现有的航向校正方法依赖外界信号、不能充分利用已有的惯导器件的信息、依赖短期行人运动信息而忽视长时间的运动信息的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种行人惯性导航的航向校正方法，包括如下步骤：

S1、将行人惯性导航数据输入至航向推算系统中，得到推算航向；

S2、将单位加速度在载体坐标系的值作为观测量，将利用旋转矩阵得到的单位加速度的分量作为预测量；

S3、利用卡尔曼滤波算法对所述观测量和预测量进行融合计算，得到行人当前的航向信息，并存储至预设的航向信息存储池中；

S4、根据行人脚步落地的时刻，利用航向匹配算法从预设的航向信息存储池中寻找与所述行人当前的航向信息匹配的已有航向信息；