对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法及装置，本发明专利技术通过对原始数据进行补偿，获取可靠的原始数据，通过对补偿后的加速度数据进行低通滤波以及二次判决，进行步伐频率的提取，然后将步伐频率作为输入量对角速度能量均值的阈值进行调整，从而达到阈值自适应调整的目的。与目前通用的阈值自适应调整方法相比，可进行阈值平滑调整，从而适应步行者的各类步伐频率的行动，克服了对快走与慢跑等情况误判的问题，从而提高系统定位精度。

Method and device for calculating zero velocity corrected pedestrian trajectory with adaptive threshold adjustment

The invention discloses a device and a calculation method of threshold Smoothing Adaptive zero velocity correct walking trajectory, the invention through the compensation of the original data, to obtain reliable raw data, low pass filter and two judgment by the acceleration data of compensation after the extraction step frequency, then step frequency as the input angular velocity average energy threshold is adjusted so as to achieve the purpose of adaptive threshold adjustment. Compared with the adaptive threshold method of general threshold, can smooth adjustment, so as to adapt to the pace of various frequency Walker's actions to overcome the misjudgment of walking and jogging and other conditions, so as to improve the positioning precision of the system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法及装置。
技术介绍
在室内、丛林等环境中，卫星定位系统由于受遮挡而无法实现定位，在上述场景中的定位应用中，基于惯性元件的步行者轨迹推算方案由于可以不受外界环境影响而实现全场景定位，因此越来越引起人们的广泛关注。在基于惯性元件进行步行者轨迹推算的方案中，应用比较多的是零速修正算法。该算法利用步行者脚部着地时的零速区间获得运动观测量而对运动参数进行修正，抑制陀螺仪漂移而提高定位精度。由于零速修正算法对零速区间检测的精度要求很高，因此零速检测方法直接决定了系统的整体性能。传统的零速检测方法基于补偿后的加速度计与陀螺仪测量数据，利用联合阈值的方式进行判断，但由于所采用的阈值为固定的经验值，无法适应人的各种形态运动而导致精度较差；基于Neyman-Pearson准则的方法采用极大似然估计方法对零速状态进行估计，但实现过于复杂难以在装置中获得实际应用；目前应用的阈值自适应调整方法一般为对人的行走与跑步两种状态做判断，并以固定比例设置阈值，但该比例仍为提前设定，因此对快走与慢跑等复杂步态存在误判的可能，从而导致精度降低。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法及装置，可完全或者至少部分地解决上述问题。为解决上述问题，本专利技术主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术一方面提供了一种阈值自适应调整零速检测步行者轨迹的推算方法，该方法包括：获取步行者脚部的加速度数据、角速度数据以及磁场数据，对所述加速度数据、所述角速度数据以及所述磁场数据进行补偿，并对补偿后的加速度数据进行能量计算、低通滤波与两次判决，确定步行者的步伐频率；根据前一步的采样区间对补偿后的角速度数据，计算对应的第一角速度能量均值，并根据当前步的滑动窗口对补偿后的角速度数据，计算对应的第二角速度能量均值；根据计算得到的步伐频率计算步伐频率对应的比例系数；根据所述第一角速度能量均值与所述比例系数的乘积计算得到自适应阈值，根据所述第二角速度能量均值与所述自适应阈值进行步行者的零速状态判定。进一步地，所述对补偿后的加速度数据进行能量计算、低通滤波与两次判决，确定步行者的步伐频率，具体包括：计算加速度能量其中，ax,ay,az分别为加速度在x轴、y轴以及z轴的分量；对加速度能量Eg进行低通滤波，得到滤波后的加速度能量E′g；对低通滤波后的加速度能量E′g进行波峰与波谷初步判决，得到初步判决后的波峰与波谷序列；对初步判决后的波谷进行二次判决，确定有效波谷和无效波谷；对有效波谷间隔取倒数得到步行者的步伐频率vf。进一步地，在初步判决后的波谷进行二次判决，确定有效波谷和无效波谷，具体包括：在初步判决后的波谷周围寻找初步判决波峰，若存在初步判决波峰，则判定该波谷为有效波谷；否则，为无效波谷。进一步地，根据前一步的采样区间对补偿后的角速度数据，计算对应的第一角速度能量均值，并据根据当前步的滑动窗口对补偿后的角速度数，计算对应的第二角速度能量均值，具体包括：计算第i个采样点的角速度模值||wi||为：其中，wx,wy,wz分别为角速度在x轴、y轴以及z轴的分量；设(m,n)为第s步的采样区间，计算第s步的角速度能量均值为：计第s+1步内的第i个采样点角速度模值为||wi||，陀螺仪噪声方差为滑动窗口宽度为W，计算在滑动窗口(n,n+W-1)内角速度能量均值为：进一步地，根据所述第一角速度能量均值与所述比例系数的乘积计算得到自适应阈值，根据所述第二角速度能量均值与所述自适应阈值进行步行者的零速状态判定，具体包括：对步行者的运动状态做判定：当T＝1时，认为当前处于零速状态，比例系数Rp＝k0·vf+α0，其中，k0与α0为提前预设的经验值。本专利技术另一方面还提供了一种自适应阈值零速检测步行者轨迹的推算装置，该装置包括：第一计算单元，用于获取步行者脚部的加速度数据、角速度数据以及磁场数据，对所述加速度数据、所述角速度数据以及所述磁场数据进行补偿，并对补偿后的加速度数据进行能量计算、低通滤波与两次判决，确定步行者的步伐频率；第二计算单元，用于根据前一步的采样区间对补偿后的角速度数据，计算对应的第一角速度能量均值，并根据当前步的滑动窗口对补偿后的角速度数据，计算对应的第二角速度能量均值，根据计算得到的步伐频率计算步伐频率对应的比例系数；第三计算单元，用于根据所述第一角速度能量均值与所述比例系数的乘积计算得到自适应阈值，根据所述第二角速度能量均值与所述自适应阈值进行步行者的零速状态判定。进一步地，所述第一计算单元还用于，计算加速度能量其中，ax,ay,az分别为加速度在x轴、y轴以及z轴的分量；对加速度能量Eg进行低通滤波，得到滤波后的加速度能量E′g；对低通滤波后的加速度能量E′g进行波峰与波谷初步判决，得到初步判决后的波峰与波谷序列；对初步判决后的波谷进行二次判决，确定有效波谷和无效波谷；对有效波谷间隔取倒数得到步行者的步伐频率vf。进一步地，所述第一计算单元还用于，在初步判决后的波谷周围寻找初步判决波峰，若存在初步判决波峰，则判定该波谷为有效波谷；否则，为无效波谷。进一步地，所述第一计算单元还用于，计算第i个采样点的角速度模值||wi||为：其中，wx,wy,wz分别为角速度在x轴、y轴以及z轴的分量；设(m,n)为第s步的采样区间，计算第s步的角速度能量均值为：计第s+1步内的第i个采样点角速度模值为||wi||，陀螺仪噪声方差为滑动窗口宽度为W，计算在滑动窗口(n,n+W-1)内角速度能量均值为：进一步地，所述第三计算单元还用于，对步行者的运动状态做判定：当T＝1时，认为当前处于零速状态，比例系数Rp＝k0·vf+α0，其中，k0与α0为提前预设的经验值。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过对原始数据进行补偿，获取可靠的原始数据，通过对补偿后的加速度数据进行低通滤波以及二次判决，进行步伐频率的提取，然后将步伐频率作为输入量对角速度能量均值的阈值进行调整，从而达到阈值平滑自适应调整的目的。与目前通用的阈值自适应调整方法相比，可进行阈值平滑调整，从而适应步行者的各类步伐频率的行动，克服了对快走与慢跑等情况误判的问题，从而提高系统定位精度。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明图1为本专利技术实施例的一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例的另一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例的再一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法的流程示意图；图4为应用本专利技术实施例的所述方法得到的沿运动场运动的轨迹图；图5为应用本专利技术实施例的所述方法得到的另一种沿运动场运动的轨迹图；图6为本专利技术实施例的一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法，其特征在于，包括：获取步行者脚部的加速度数据、角速度数据以及磁场数据，对所述加速度数据、所述角速度数据以及所述磁场数据进行补偿，并对补偿后的加速度数据进行能量计算、低通滤波与两次判决，确定步行者的步伐频率；根据前一步的采样区间对补偿后的角速度数据，计算对应的第一角速度能量均值，并根据当前步的滑动窗口对补偿后的角速度数据，计算对应的第二角速度能量均值；根据计算得到的步伐频率计算步伐频率对应的比例系数；根据所述第一角速度能量均值与所述比例系数的乘积计算得到自适应阈值，根据所述第二角速度能量均值与所述自适应阈值进行步行者的零速状态判定。

【技术特征摘要】
1.一种对阈值平滑自适应调整的零速修正步行者轨迹的推算方法，其特征在于，包括：获取步行者脚部的加速度数据、角速度数据以及磁场数据，对所述加速度数据、所述角速度数据以及所述磁场数据进行补偿，并对补偿后的加速度数据进行能量计算、低通滤波与两次判决，确定步行者的步伐频率；根据前一步的采样区间对补偿后的角速度数据，计算对应的第一角速度能量均值，并根据当前步的滑动窗口对补偿后的角速度数据，计算对应的第二角速度能量均值；根据计算得到的步伐频率计算步伐频率对应的比例系数；根据所述第一角速度能量均值与所述比例系数的乘积计算得到自适应阈值，根据所述第二角速度能量均值与所述自适应阈值进行步行者的零速状态判定。2.根据权利要求1所述的推算方法，其特征在于，所述对补偿后的加速度数据进行能量计算、低通滤波与两次判决，确定步行者的步伐频率，具体包括：计算加速度能量其中，ax,ay,az分别为加速度在x轴、y轴以及z轴的分量；对加速度能量Eg进行低通滤波，得到滤波后的加速度能量E′g；对低通滤波后的加速度能量E′g进行波峰与波谷初步判决，得到初步判决后的波峰与波谷序列；对初步判决后的波谷进行二次判决，确定有效波谷和无效波谷；对有效波谷间隔取倒数得到步行者的步伐频率vf。3.根据权利要求2所述的推算方法，其特征在于，在初步判决后的波谷进行二次判决，确定有效波谷和无效波谷，具体包括：在初步判决后的波谷周围寻找初步判决波峰，若存在初步判决波峰，则判定该波谷为有效波谷；否则，为无效波谷。4.根据权利要求1所述的推算方法，其特征在于，根据前一步的采样区间对补偿后的角速度数据，计算对应的第一角速度能量均值，并据根据当前步的滑动窗口对补偿后的角速度数，计算对应的第二角速度能量均值，具体包括：计算第i个采样点的角速度模值||wi||为：其中，wx,wy,wz分别为角速度在x轴、y轴以及z轴的分量；设(m,n)为第s步的采样区间，计算第s步的角速度能量均值为：Ews=1n-m·Σi=mn||wi||2]]>计第s+1步内的第i个采样点角速度模值为||wi||，陀螺仪噪声方差为滑动窗口宽度为W，计算在滑动窗口(n,n+W-1)内角速度能量均值为：5.根据权利要求4所述的推算方法，其特征在于，根据所述第一角速度能量均值与所述比例系数的乘积计算得到自适应阈值，根据所述第二角...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坤鹏，宋伟宁，于吉刚，伍凯，
申请(专利权)人：威海北洋电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37