[发明专利]一种手机安装角的估计方法

说明书

本发明提供一种手机安装角的估计方法，包括采集手机内置传感器数据，并使用初始一段时间内的加速度计和磁力计观测值，确定手机的初始导航信息；对连续采集的传感器数据进行惯性导航解算，并将当前时刻的传感器数据和解算得到导航信息并存储；判断多种约束信息和传感器观测信息的可用性，并通过多源数据融合维持手机的导航性能；使用传感器原始观测值、解算中间值和手机姿态信息，对手机使用模式进行识别判断，在手机使用模式发生变化的时刻，进入启动手机安装角估计；使用直线运动约束、估计的速度和历史轨迹获得行人的运动方向，结合估计的手机航向角，计算手机安装角。本发明能够改善行人航迹推算的定位性能。

技术领域

本发明属于行人定位技术领域，涉及一种手机安装角的估计方法。

背景技术

近年来，基于智能手机的行人导航技术快速发展，行人航迹推算(PedestrianDead Reckoning，PDR)技术作为重要组成部分，其中行人运动方向估计是一个待解决的难题。行人运动方向主要由两部分组成：手机航向角和手机安装角。手机航向角指智能手机本身的航向，可通过手机内置的传感器观测数据融合得到。手机安装角指手机航向角与行人运动方向之间的差异角，随手机使用方式不同而变化，例如横向持握手机、打电话、手机放入口袋以及持握手机随手臂摆动等情况，其中手机安装角的估计问题严重影响了PDR技术的广泛使用。

针对手机安装角估计问题，目前主要有三种解决方法，包括主成份分析法、前向侧向速度模型法和惯性数据频域分析法，三种现有方法的说明如下：

(1)主成份分析法

该方法的基本假设：行人运动方向，加速度变化最大，即方差最大；同时垂直运动方向的侧向，加速度方差最小。具体思路是：将观测到加速度投影到水平面，然后提取方差最大的方向与方差最小的方向，作为行人前向与侧向，进而计算偏差角。但这种方法存在180°模糊度问题，即方差最大的方向可能与行人运动方向相反；同时，这种方法严格要求智能手机运动方向与行人运动方向一致，在行人斜向摆臂时，这种方法失效。

(2)前向侧向速度模型法

该方法与主成份分析法基本一致，所以存在的问题一致。不同的是，该方法需要事先对前向加速度和侧向加速度模型进行训练，且针对不同的使用场景和使用人员，需要分别进行训练，以达到理想的预期结果。缺点是模型训练工作量大，适用性较低。

(3)惯性数据频域分析法

该方法利用惯性传感器数据的频域特征，构造与行人航向角相关的评价函数，利用最优估计的方法求解行人航向角，进而计算安装角。缺点是计算量大，且需要利用较长时间的历史信息进行频域分析，难以实现实时的导航应用。

发明内容

本发明的目的是为了更加准确地估计行人航向，提高PDR的可用性，提供一种实时、准确地估计手机安装角的方法。该方法的特点在于：1)不需用户的事先或事后干预；2)不需要额外设备和工具；3)在多种使用场景(例如手持、打电话、随手摆动、放在口袋)均可工作；4)具有很强的实时性。

本发明通过以下技术方案实现一种手机安装角的估计方法，包括以下步骤：

步骤a，采集手机内置传感器数据，并使用初始一段时间内的加速度计和磁力计观测值，确定手机的初始导航信息；

步骤b，对连续采集的传感器数据进行惯性导航解算，并将当前时刻的传感器数据和解算得到导航信息并存储；

步骤c，判断多种约束信息和传感器观测信息的可用性，并通过多源数据融合维持手机的导航性能；

步骤d，使用传感器原始观测值、解算中间值和手机姿态信息，对手机使用模式进行识别判断，在手机使用模式发生变化的时刻，进入步骤e启动手机安装角估计；

步骤e，使用直线运动约束、估计的速度和历史轨迹获得行人的运动方向，结合估计的手机航向角，计算手机安装角。