一种基于手持设备的室内定位方法及系统技术方案

技术编号:15301878 阅读:106 留言:0更新日期:2017-05-13 10:56
本发明专利技术提供一种基于手持设备的室内定位方法和系统,所述手持设备包括加速度传感器、陀螺仪以及地磁感应器,所述方法包括:S1、基于行人的步数、步长以及角位移获得行人的位置坐标;以及S2、基于室内的磁场地图对所述位置坐标进行定位校正。通过实际场地采集数据与MATLAB平台仿真的验证,本发明专利技术的方法可以实现稳定性强的、高精度的室内定位。

Indoor positioning method and system based on handheld device

The invention provides an indoor positioning method and system based on handheld devices, the handheld device comprises an acceleration sensor, gyroscope and geomagnetic sensor, the method comprises the following steps: S1, coordinates the pedestrian steps, step length and angular displacement obtained based on pedestrian; and S2, based on the magnetic field map of indoor positioning correction of the position coordinates. Through the simulation of actual site acquisition data and MATLAB platform simulation, the method of the invention can realize stable and high-precision indoor positioning.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内定位
,更具体地,涉及一种基于手持设备的室内定位方法及系统
技术介绍
近年来,随着科技的不断进步和移动通信的快速发展,定位的需求也越来越高。现在广泛应用的定位系统为全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS),利用GPS定位卫星可在全球范围内实时进行定位、导航。然而由于卫星信号的传播极易受环境中建筑物遮挡的影响,使得卫星信号大大较弱,导致定位不精准。因此,人们就开始考虑一种总能在室内能使用的、精准的室内定位系统。室内导航定位可以为人们的生活带来很大便利。在地下停车场、超市、医院、机场、建筑物密集的街区等建筑物内,用户通常需要通过定位技术来获取当前的位置以及周围事物的导览。例如在超市购物时,用户需要获取自己的位置以及周围物品的种类和位置;在地下停车场停车后,用户想知道车辆所停放的位置;在商场购物,手持设备可以提供导购信息,告诉用户附近的打折信息等。由此看来,提供基于位置的服务(LocationBasedService,LBS)显得越来越重要,使得室内定位技术成为当今研究的热点。随着易于携带的智能手持设备的快速普及,它们提供了一些以前普通的智能手持设备所没有的功能。智能手持设备不仅能提供良好的软件功能,而且也拥有许多先进的硬件设施,包括加速度传感器、方向传感器、磁传感器、陀螺仪、磁罗盘等。通过提高软件功能与硬件设施,可使得智能手持设备能够好的实现室内定位,为人们的生活带来方便。因此,基于高精度的室内定位技术会给人们的生活带来更可靠更实用的服务,在通信领域具有非常重要的意义。然而对于手持设备内基于行人航迹推算算法的惯性传感器,其定位误差会随着时间不断积累,室内定位精度逐渐降低。本专利技术将致力于该方面的研究,通过对目前国内外研究现状的深入调研、分析,寻求更精准的室内方式。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于手持设备的室内定位方法和系统。根据本专利技术的一个方面,提供一种基于手持设备的室内定位方法,所述手持设备包括加速度传感器、陀螺仪以及地磁感应器,包括:S1、基于行人的步数、步长以及角位移获得行人的位置坐标;以及S2、基于室内的磁场地图对所述位置坐标进行定位校正。根据本专利技术的另一个方面,一种基于手持设备的室内定位系统,所述手持设备包括加速度传感器、陀螺仪以及地磁感应器,包括:位置坐标模块,基于行人的步数、步长以及角位移获得行人的位置坐标;以及定位校正模块,基于室内的磁场地图对所述位置坐标进行定位校正。本申请提出了一种行人航迹推算与航迹校正相融合的室内定位方法。通过基于动态阈值的步态检测、基于线性步长的步长估计和基于口袋模式的方向检测实现了行人航迹推算。同时,采用基于粒子滤波的地磁校正算法对行人航迹推算算法获得的位置进行校正,以消除累积误差,使得定位更加精准。一旦行人由运动状态变为静止状态,精度提高的行人航迹推算模块会将实时位置发送给地磁校正模块,通过匹配离线预存的磁场地图,及时校正行人的位置。通过实际场地采集数据与MATLAB平台仿真,得出的结论能够验证本专利技术的方法可实现稳定性强的、高精度的室内定位。附图说明图1为是传统的行人航迹推算与精度提高的行人航迹推算算法对比图;图2为根据本专利技术实施例的步态检测算法的流程图;图3为根据本专利技术实施例的迈步起点检测静止状态下的轻微振动图;图4为根据本专利技术实施例的步态检测中动态阈值的更新图;图5为根据本专利技术实施例的行人步长与步频和加速度方差的关系图:图6为根据本专利技术实施例的直角转弯状态下行人航迹的偏转角度图;图7为根据本专利技术实施例的磁场地图校正点示意图;图8为根据本专利技术实施例的室内定位系统的整体仿真图。具体实施方式下面结合附图和实施例,对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术,但不用来限制本专利技术的范围。图1示出了传统的行人航迹推算与本专利技术的行人航迹推算算法对比图,传统的行人航迹推算算法主要包括三部分:步态检测、步长估计和方向检测。其中,步态检测只使用时间窗口法,步长估计设为固定值0.7m,方向检测只使用手持设备在平放模式下的z轴的角度偏移。而本专利技术中的行人航迹推算算法,是根据人行走的生理体征和行人手持设备的方式进行改正。步态检测中,采用均值滤波、对其迈步起点的准确检测、动态阈值的更新来提高精度;步长估计中,采用线性步长估计模型在线动态调整步长;方向检测中,采用一种新的手持手持设备的口袋模式,来检测方向。通过这三种方法,推算出行人的航迹,并且提高的行人航迹推算的准确度。此外,在现代建筑中,钢筋混凝土结构中的钢铁等磁性物质会在局部范围内扰乱当前的地球磁场,这种磁场异常的现象随着其位置的变化而变化。本专利技术使用这些地磁特征信息作为特定的室内环境磁场校正点,通过测量的校正点的地磁特征与预存的磁场校正点的数据进行匹配来确定测量的位置,然后对获得的行航迹推算的结果进行校正。基于地磁传感器的航迹纠正主要包含两部分:室内地磁校正点地图和基于粒子滤波的磁场匹配算法,使得室内定位更加精准。在一个实施例中,本专利技术所述的于手持设备的室内定位方法和系统包括:包括:S1、基于行人的步数、步长以及角位移获得行人的位置坐标;以及S2、基于室内的磁场地图对所述位置坐标进行定位校正。在一个实施例中,所述步骤S1进一步包括:S1.1、通过基于动态阈值的步态检测法对行人的步态进行检测,获得步数;S1.2、基于步频和加速度方差获得步长;S1.3、将手持设备的坐标系投影至行人的空间坐标系中,获得行人的角位移;S1.4、基于行人的步数、步长以及角位移获得行人的位置坐标。在一个实施例中,所述步骤S2进一步包括:S2.1、选取室内磁场异常的位置作为校正点,测量所述校正点的二维磁感应强度坐标以及对应的二维位置坐标,获得磁场地图;以及S2.2、基于行人位于校正点的系统状态值和归一化权值获得估测值,将所述估测值作为校正后的位置坐标。图2给出了基于动态阈值的步态检测法的流程示意图,如图2所示,所述步态检测法包括:S1.1.1、将竖直方向的加速度进行均值滤波,得到滤波后的加速度;以及S1.1.2、检测滤波后的加速度的波峰和波谷,当波峰和波谷值的差值大于当前的动态阈值a±0.3的值且波峰和波谷间的时间间隔位于0.1-1s之间时,对行人进行计步,否则认为非迈步起点,不进行计步,计步同时对当前的动态阈值进行更新。在均值滤波中,本专利技术采用窗口因子为M的均值滤波器,则其窗口大小为2M+1,将2M+1窗口在长度为n的加速度信号上面滑动,求得的算术平均值为处理后的加速度值,所述均值滤波使用的公式为:其中,ak为竖直方向加速度值,Ai为滤波后的加速度值,M为窗口因子。在迈步起点检测中,人在迈步的时候,竖直方向加速度会有周期性变化,幅度较大;而人在静止的时候,由于轻微震动,使得竖直方向加速度数值会有轻微震动,幅度较小,图3示出了迈步起点检测静止状态下的轻微振动图。动态阈值是对人的迈步起点的检测,根据行人行走时候的状态连贯性与相似性动态地调整阈值,图4示出了步态检测中动态阈值的更新图。在时间窗口检测中,通过检测行人行走一步的时间是否符合单步周期为0.2~2s的标准,来判定行人总的步数。动态阈值更新的公式通过下式计算:其中,Tthr为上一周期的本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于手持设备的室内定位方法,所述手持设备包括加速度传感器、陀螺仪以及地磁感应器,其特征在于,包括:S1、基于行人的步数、步长以及角位移,获得行人的位置坐标;以及S2、基于室内的磁场地图,对所述位置坐标进行定位校正。

【技术特征摘要】
1.一种基于手持设备的室内定位方法,所述手持设备包括加速度传感器、陀螺仪以及地磁感应器,其特征在于,包括:S1、基于行人的步数、步长以及角位移,获得行人的位置坐标;以及S2、基于室内的磁场地图,对所述位置坐标进行定位校正。2.如权利要求1所述的基于手持设备的室内定位方法,其特征在于,所述步骤S1进一步包括:S1.1、通过基于动态阈值的步态检测法对行人的步态进行检测,获得步数;S1.2、基于步频和加速度方差,获得步长;S1.3、将手持设备的坐标系投影至行人的空间坐标系中,获得行人的角位移;S1.4、基于行人的步数、步长以及角位移获得行人的位置坐标。3.如权利要求1所述的基于手持设备的室内定位方法,其特征在于,所述步骤S2进一步包括:S2.1、选取室内磁场异常的位置作为校正点,测量所述校正点的二维磁感应强度坐标以及对应的二维位置坐标,获得磁场地图;以及S2.2、基于行人位于校正点的系统状态值和归一化权值,获得估测值,将所述估测值作为校正后的位置坐标。4.如权利要求2所述的基于手持设备的室内定位方法,其特征在于,所述基于动态阈值的步态检测法包括:S1.1.1、将竖直方向的加速度进行均值滤波,得到滤波后的加速度;S1.1.2、检测滤波后的加速度的波峰和波谷,基于波峰和波谷值的差值与当前的动态阈值的关系、波峰和波谷间的时间间隔,对行人进行计步,计步同时对当前的动态阈值进行更新。5.如权利要求2所述的基于手持设备的室内定位方法,其特征在于,所述步骤S1.2进一步包括:S1.2.1、基于当前时刻迈步的迈步时间与前一时刻迈步的迈步时间,获得当前时刻迈步的步频;S1.2.2、基于当前迈步内的每个采样点的加速度幅值、当前迈步的所述滤波后的加...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜竹青张光华娄英欣张北航曲芮门爱东杨波
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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