[发明专利]一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法

权利要求书

1.一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法，其包括以下步骤：

(1)步态信号采集，通过足部安装的惯性传感器，采集人体足部的三轴比力信号a_k和三轴角速度信号ω_k，所述三轴比力信号a_k包括a_kx、a_ky、a_kz，所述三轴角速度信号ω_k包括ω_kx、ω_ky、ω_kz；

(2)提取足跟离地参考点时间t_HOR和足跟着地参考点时间t_HSR，将足部运动划分为低动态和高动态两种情况分别进行人体足部运动站立相检测；

所述步骤(2)中，足部运动动态水平划分包括以下步骤：

(3.1)计算足跟着地参考时间段内统计量T_k的最小值T_min，参考时间段指t_HSR时刻至t_HSR+Δt_HSTD时刻，T_k表示的是一个处理窗口内a_k和ω_k的统计量，其计算公式为：

其中N为统计量计算窗口内的采样点数，k表示第k次采样，a_i为第i个三轴比力信号，ω_i为第i个三轴角速度信号，g为重力加速度，在足跟着地参考时间点t_HSR至t_HSR+Δt_HSTD时间内统计量T_k的最小值即为T_min，其中Δt_HSTD小于最短的步态周期；

(3.2)根据阈值T_L划分运动动态水平，阈值T_L是通过佩戴惯性传感器按照标准的测试动作检测获得，取0.5～1.5之间；当α*T_min≤T_L时，认为此时足部运动的动态水平为低动态；当α*T_min＞T_L时，认为此时足部运动的动态水平为高动态，其中系数α的取值在4～9之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，足跟离地参考点时间t_HOR和足跟着地参考点时间t_HSR的提取包括以下步骤：

(2.1)根据人体步态运动特征选择比力信号检测阈值a_HOR，当实际检测的比力信号模值||a_k||曲线处于上升沿时，将穿过a_HOR阈值线的时刻记作足跟离地参考点时间t_HOR，所述比力信号模值||a_k||的计算公式为：

(2.2)在足跟离地参考点时间t_HOR至t_HOR+Δt_HS时间内，不做足跟着地参考点检测，其中Δt_HS是时间阈值，当t＞(t_HOR+Δt_HS)时，启动足跟着地参考点时间检测，当实际检测的比力信号模值||a_k||曲线处于下降阶段，将穿过a_HSR阈值线的时刻记作足跟着地参考点时间t_HSR，所述时间阈值Δt_HS能够区分一个步态周期内的足跟着地点和初始离地点，同时小于最短的步态周期，阈值a_HSR是根据人体运动学得到a_HSR＞g，g为重力加速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，不同运动水平下的站立相检测包括以下步骤：

(4.1)当足部运动的动态水平为低动态时，从足跟着地参考点时间t_HSR开始判断：

当统计量T_k在Δt_LS时间内满足：T_k＜T_L时，将满足此条件的第一个时间点记为t_A；

当统计量T_k在Δt_LS时间内满足：T_k≥T_L时，将满足此条件的第一个时间点记为t_B；

其中时间阈值Δt_LS用来滤除低动态运动下过短的站立相和摆动相，t_A-t_B这段时间所对应的步态运动的相位就认为是低动态运动的站立相；

(4.2)当足部运动的动态水平为高动态时，阈值T_H的计算公式为：T_H＝β*T_min，其中系数β的取值在4～9之间，从足跟着地参考点时间t_HSR开始判断：

当统计量T_k满足：T_k＜T_H时，将满足此条件的第一个时间点记为t_C；

当统计量T_k满足：T_k≥T_H时，将满足此条件的第一个时间点记为t_D；

t_C-t_D这段时间所对应的步态运动的相位就认为是高动态运动的站立相。