一种步行者室内双层定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种步行者室内双层定位方法，包括：下层滤波，包括：根据预定静止检测方式判断检测对象在当前时刻是否处于静止状态；若是，推算当前时刻的移动位置坐标信息，进行误差状态偏置估计，并获取当前时刻校准后的移动位置坐标信息；若否，继续判断；上层滤波，包括：查找当前时刻中零速度阶段的结束时刻，在结束时刻对当前时刻校准后的移动位置坐标信息执行预制修正，获取第一差；比较第一差与当前时刻校准后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第二差，检测当前步伐是逆时针偏移还是顺时针偏移，若步行者的当前步伐存在逆时针偏移或顺时针偏移，执行逆时针或顺时针校正。本发明专利技术使基于惯性传感器的室内定位精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种步行者室内双层定位方法及系统
本专利技术属于室内定位
，特别是涉及一种步行者室内双层定位方法及系统。
技术介绍
随着微机电系统(MEMS)快速发展，使得利用微型惯性传感器和三轴磁力计的来跟踪步行者的运动特征，并对其运动进行推算得到实时的位置信息成为了可能。此类步行者定位系统最大的优势在于拥有自完备特性。正是由于这种特性，此类步行者室内定位技术越来越多得到了关注，其在某些特定的场景下有着非常重要的应用前景(应急救援，应急医疗，商场位置确定等的)。但是由于受到传感器自身误差在长时间计算后会产生不可忽略的误差累积问题，同时在位置推算的滤波器参数对不同步行者的运动习惯不具备自适应性，使得这类算法在适用性上存在进一步提升的空间。于此种种问题都使得这种技术在定位精度上一直无法满足人们的应用需求。在惯性定位的基础上，现有的技术提出了一种双层滤波定位架构，其基于粒子滤波并结合室内地图信息辅助惯性定位的技术是另一种辅助定位的方法，该方法结合地图信息利用粒子滤波算法纠正无效位置点，以达到提高定位精度的目的。这种方法在有丰富地图信息的情况下，可以有效遏制了由于传感器误差而造成的位置误差的无休止的积累，能得到相对较高的定位精度。但是在实际应用中，利用地图辅助修正位置信息的方法仍然存在一定的应用难题和缺陷。当无法得到详细地图信息时，例如仅仅是建筑物轮廓图，或者步行者长期在某个建筑物内自由运动时，地图信息不能有效的对估算位置的累积误差进行修正。因此，如何提供一种步行者室内双层定位方法及系统，以解决现有技术中的利用地图辅助步行者定位方法及系统对室内人员的定位精度不高，无法对估算的室内人员的位置信息的累积误差进行自适应地修正等种种缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种步行者室内双层定位方法及系统，用于解决现有技术中利用地图辅助步行者定位方法及系统对室内人员的定位精度不高，耦合性低、无法对估算的室内人员的位置信息的累积误差进行自适应地修正的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术一方面提供一种步行者室内双层定位方法，包括：下层滤波步骤；所述下层滤波步骤包括：选取所述步行者的一只脚为检测对象，并采集所述检测对象的运动数据；根据预定静止检测方式判断所述检测对象在当前时刻是否处于静止状态；若是，继续执行下一步骤；若否，继续判断；所述静止状态分为非零速度阶段和零速度阶段；所述零速度阶段的运动数据存在运动数据误差状态；利用预存位置坐标信息推算法推算所述步行者在当前时刻的移动位置坐标信息，对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计以修正所述运动数据误差状态并获取当前时刻校准后的移动位置坐标信息；上层滤波步骤；所述上层滤波步骤包括：查找当前时刻中所述零速度阶段的结束时刻，利用地图信息，在所述结束时刻对当前时刻校准后的移动位置坐标信息执行预制修正，并获取修正后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第一差；将所述第一差与下层滤波后当前时刻校准后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第二差进行比较，以检测所述步行者的当前步伐是存在逆时针偏移还是存在顺时针偏移，若所述步行者的当前步伐存在逆时针偏移，执行逆时针校正；若所述步行者的当前步伐存在顺时针偏移，执行顺时针校正。可选地，所述下层滤波步骤中的所述预存位置坐标信息推算法为捷联惯导算法；所述步骤三采用所述捷联惯导算法计算所述步行者在当前时刻的加速度和角速度以推算所述步行者当前时刻未校准的移动位置坐标信息。可选地，所述下层滤波步骤中采用误差状态卡尔曼滤波对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计；误差状态偏置估计包括姿态误差估计、角速度误差估计、位置误差估计、速度误差估计、及加速度误差估计。可选地，姿态误差估计为通过一姿态误差矩阵对方向余弦矩阵进行修正；角速度误差估计为采用角速度误差对下一时刻的角速度进行补偿；其中，下一时刻的角速度＝当前时刻的角速度+角速度误差；位置误差估计为采用位置误差对当前时刻未校准的移动位置坐标信息进行补偿；其中，所述当前时刻校准后的移动位置坐标信息＝当前时刻未校准的移动位置坐标信息－位置误差；速度误差估计为采用速度误差对当前时刻的速度进行补偿；其中，所述当前时刻的速度＝未校准的所述步行者当前时刻的移动位置坐标信息中的速度－速度误差；加速度误差估计为采用加速度误差对下一时刻的加速度进行补偿；其中，下一时刻的加速度＝当前时刻的加速度+加速度误差。可选地，在所述上层滤波步骤中执行的预制修正为执行粒子滤波算法以完成位置校准。本专利技术另一方面还提供一种步行者室内双层定位系统，包括：下层滤波单元，所述下层滤波单元包括：选取模块，用于选取所述步行者的一只脚为检测对象；采集模块，与所述选取模块连接，用于采集所述检测对象的运动数据；判断模块，与所述采集模块连接，用于根据预定静止检测方式判断所述检测对象在当前时刻是否处于静止状态，其中，所述静止状态分为非零速度阶段和零速度阶段；所述零速度阶段的运动数据存在运动数据误差状态；若是，调用用于利用预存位置坐标信息推算法推算所述步行者在当前时刻的移动位置坐标信息，对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计以修正所述运动数据误差状态并获取当前时刻校准后的移动位置坐标信息的第一处理模块；若否，继续调用所述判断模块；与所述下层滤波单元连接的上层滤波单元，所述上层滤波单元包括：第二处理模块，与所述判断模块和第一处理模块连接，用于查找当前时刻中所述零速度阶段的结束时刻，利用地图信息，在所述结束时刻对当前时刻校准后的移动位置坐标信息执行预制修正，并获取修正后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第一差；；检测模块，与所述第一处理模块和第二处理模块连接，用于将将所述第一差与下层滤波后当前时刻校准后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第二差进行比较，以检测所述步行者的当前步伐是存在逆时针偏移还是存在顺时针偏移，若所述步行者的当前步伐存在逆时针偏移，调用用于执行逆时针校正的校准模块；若所述步行者的当前步伐存在顺时针偏移，继续调用所述校准模块执行顺时针校正。可选地，所述第一处理模块中的所述预存位置坐标信息推算法为捷联惯导算法；所述第一处理模块还用于采用所述捷联惯导算法计算所述步行者在当前时刻的加速度和角速度以推算所述步行者当前时刻未校准的移动位置坐标信息。可选地，所述第一处理模块还用于采用误差状态卡尔曼滤波对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计；误差状态偏置估计包括姿态误差估计、角速度误差估计、位置误差估计、速度误差估计、及加速度误差估计。如上所述，本专利技术的步行者室内定位方法及系统，具有以下有益效果：本专利技术增加了两个滤波层次之间的耦合度，提高了数据的融合效果。使基于惯性传感器的室内定位精度更高，实用性更强，并延长了算法有效计算的生命周期。附图说明图1显示为本专利技术的步行者室内定位方法流程示意图。图2显示为本专利技术的基于三轴加速度与三轴陀螺仪采集的数据计算的零速度阶段与零速度阶段结束的结束时刻的计算效果示意图。图3显示为本专利技术的步行者室内定位系统的原理结构示意图。元件标号说明1步行者室内定位系统11下层滤波单元12上层滤波单元11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步行者室内双层定位方法，其特征在于，包括：下层滤波步骤；所述下层滤波步骤包括：选取所述步行者的一只脚为检测对象，并采集所述检测对象的运动数据；根据预定静止检测方式判断所述检测对象在当前时刻是否处于静止状态；若是，继续执行下一步骤；若否，继续判断；所述静止状态分为非零速度阶段和零速度阶段；所述零速度阶段的运动数据存在运动数据误差状态；利用预存位置坐标信息推算法推算所述步行者在当前时刻的移动位置坐标信息，对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计以修正所述运动数据误差状态并获取当前时刻校准后的移动位置坐标信息；上层滤波步骤；所述上层滤波步骤包括：查找当前时刻中所述零速度阶段的结束时刻，利用地图信息，在所述结束时刻对当前时刻校准后的移动位置坐标信息执行预制修正，并获取修正后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第一差；将所述第一差与下层滤波后当前时刻校准后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第二差进行比较，以检测所述步行者的当前步伐是存在逆时针偏移还是存在顺时针偏移，若所述步行者的当前步伐存在逆时针偏移，执行逆时针校正；若所述步行者的当前步伐存在顺时针偏移，执行顺时针校正。...

【技术特征摘要】
1.一种步行者室内双层定位方法，其特征在于，包括：下层滤波步骤；所述下层滤波步骤包括：选取所述步行者的一只脚为检测对象，并采集所述检测对象的运动数据；根据预定静止检测方式判断所述检测对象在当前时刻是否处于静止状态；若是，继续执行下一步骤；若否，继续判断；所述静止状态分为非零速度阶段和零速度阶段；所述零速度阶段的运动数据存在运动数据误差状态；利用预存位置坐标信息推算法推算所述步行者在当前时刻的移动位置坐标信息，对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计以修正所述运动数据误差状态并获取当前时刻校准后的移动位置坐标信息；上层滤波步骤；所述上层滤波步骤包括：查找当前时刻中所述零速度阶段的结束时刻，利用地图信息，在所述结束时刻对当前时刻校准后的移动位置坐标信息执行预制修正，并获取修正后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第一差；将所述第一差与下层滤波后当前时刻校准后的移动位置坐标信息和上一时刻校准后的移动位置坐标信息的第二差进行比较，以检测所述步行者的当前步伐是存在逆时针偏移还是存在顺时针偏移，若所述步行者的当前步伐存在逆时针偏移，执行逆时针校正；若所述步行者的当前步伐存在顺时针偏移，执行顺时针校正。2.根据权利要求1所述的步行者室内双层定位方法，其特征在于：所述下层滤波步骤中的所述预存位置坐标信息推算法为捷联惯导算法；所述利用预存位置坐标信息推算法推算所述步行者在当前时刻的移动位置坐标信息，对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计以修正所述运动数据误差状态并获取当前时刻校准后的移动位置坐标信息的步骤中采用所述捷联惯导算法计算所述步行者在当前时刻的加速度和角速度以推算所述步行者当前时刻未校准的移动位置坐标信息。3.根据权利要求2所述的步行者室内双层定位方法，其特征在于：所述下层滤波步骤中采用误差状态卡尔曼滤波对所述运动数据误差状态进行误差状态偏置估计；误差状态偏置估计包括姿态误差估计、角速度误差估计、位置误差估计、速度误差估计及加速度误差估计。4.根据权利要求3所述的步行者室内双层定位方法，其特征在于：姿态误差估计为通过一姿态误差矩阵对方向余弦矩阵进行修正；角速度误差估计为采用角速度误差对下一时刻的角速度进行补偿；其中，下一时刻的角速度＝当前时刻的角速度+角速度误差；位置误差估计为采用位置误差对当前时刻未校准的移动位置坐标信息进行补偿；其中，所述当前时刻校准后的移动位置坐标信息＝当前时刻未校准的移动位置坐标信息－位置误差；速度误差估计为采用速度误差对当前时刻的速度进行补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正蓺，杨卫军，黄超，魏建明，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31