一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法，包括：步骤1，采集用户手机加速度和角速度数据，计算合加速度与合角速度幅值，将合角速度幅值存入数组al中；步骤2，对合加速度幅值进行中值滤波；步骤3，将合加速度幅值大于上阈值时的时间点记录为t1，小于下阈值时的时间点记录为t2，根据t1、t2判断是否存在疑似迈步的合加速度曲线，如果是，转入步骤4，否则转入步骤1；步骤4，将数组al中的值逐个与预设的合角速度阈值比较；步骤5，如果数组al中所有的值均不超过合角速度阈值，则判定此刻为用户迈出一步；否则判定此刻为用户原地操作手机，不计步。

【技术实现步骤摘要】
一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法
本专利技术涉及一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法。
技术介绍
利用手机GPS步行导航，在途经高楼、大树、天桥底等地时，由于GPS信号被遮挡，会出现定位偏差较大的情况，此时可采用惯性导航方法来辅助提高定位精度。即在定位精度变低的前一刻记录下当时的经纬度信息，并将随后每一步产生的距离和方向变化转换为经纬度变化，从而得到精度较高的定位信息。步行惯性导航的主要内容包括：计步算法、步长估算和航向算法。本专利技术主要针对现有计步算法存在的不足，综合利用手机加速度传感器和陀螺仪传感器，实现在不影响计步精度的前提下增强原地抗干扰能力。目前通用的计步算法是利用手机加速度传感器得到的合加速度幅值曲线来判定用户是否迈步，该算法的优点在于计算量小、步行时可达到很高的计步精度。但由于原地抬起、上下抖动、左右晃动手机等动作产生的合加速度幅值曲线和迈步产生的合加速度曲线极其相似，仅依靠合加速度幅值曲线无法判断用户是在步行还是在原地操作手机。对于上述原地操作手机的动作，通用计步算法的误判率接近100％。
技术实现思路
针对通用计步算法的不足，本专利技术公开了一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法，包括如下步骤：步骤1，以100Hz频率采集用户手机加速度和角速度数据，计算合加速度与合角速度幅值，并将合角速度幅值存入数组al中；步骤2，对合加速度幅值进行中值滤波；步骤3，将合加速度幅值大于上阈值时的时间点记录为t1，小于下阈值时的时间点记录为t2，t1、t2单位均为ms，根据t1、t2判断是否存在疑似迈步的合加速度曲线，如果是，转入步骤4，否则转入步骤1；步骤4，将数组al中的值逐个与预设的合角速度阈值比较；步骤5，如果数组al中所有的值均不超过合角速度阈值，则判定此刻为用户迈出一步，将t1、t2、al重置，延迟t3时间(一般取值为330ms)后转入步骤1；否则判定此刻为用户原地操作手机，不计步，将t1、t2、al重置，转入步骤1。步骤1包括如下步骤：步骤1-1：以100Hz频率采集用户手机加速度和角速度数据，手机的加速度传感器获取的是沿手机x、y、z三轴方向上的加速度，分别为xa、ya、za；陀螺仪传感器获取的是绕x、y、z三轴旋转的角速度，分别为xg、yg、zg，合加速度幅值为合角速度幅值为将合角速度幅值存入长度为30的数组al中；步骤1-2：陀螺仪传感器刚开始采样时，数组al中数据个数小于30，将新获得的合角速度幅值按照al[0]～al[29]的顺序存入，al[0]为数组a1中第一个位置；数组al中数据个数达到30后，先删除最左边的数据al[0]，并将其余数据左移1位，而后将新获得的合角速度幅值存入al[29]中；目的是保存当前时刻前300ms内的合角速度幅值。步骤1中，在onResume事件中使用SensorManager对象的registerListener(para1,para2,para3)方法注册传感器监听器，其中参数para1为上下文，参数para2为传感器，参数para3为采样间隔(单位ns)。由于采样频率为100Hz，para3取值10000。步骤2包括：由于加速度传感器输出信号中掺杂了大量脉冲噪声，需要以3为窗口长度对合加速度幅值进行中值滤波，即将新获得的合加速度幅值与前两次获得的合加速度幅值按照从小到大排序，取中间值作为当前的合加速度幅值，以滤除脉冲噪声。步骤3包括如下步骤：步骤3-1：若当前合加速度幅值大于上阈值10.91m/s2，记录当前时刻t1；若当前合加速度幅值小于下阈值8.94m/s2，记录当前时刻t2；若当前合加速度幅值介于8.94m/s2和10.91m/s2之间，则t1、t2保持不变；步骤3-2：若t2减t1的值介于25和300之间，则判定当前时刻存在从10.91m/s2下降到8.94m/s2的疑似迈步的合加速度曲线，转入步骤4；否则转入步骤1。步骤4所述的合角速度阈值取值为2.65rad/s，依据如下：持手机步行时，由于手机与身体的相对位置基本保持不变，手机在三轴上的瞬时角速度较小，经测试，步行时合角速度幅值一般不超过2，在急转弯时达到最大，但不超过2.6，而原地抬起、上下抖动、左右晃动手机时，手机在三轴上的瞬时角速度较大，经测试，即便是在原地轻微抖动手机，其疑似迈步时间点附近的合角速度幅值峰值都会超过3，因此，合角速度阈值在2.6和3之间。步骤5包括如下步骤：步骤5-1：由于不同传感器之间存在灵敏度差异，加速度传感器检测到疑似迈步的曲线时，会滞后于陀螺仪传感器检测到合角速度幅值峰值，时间在50ms—300ms不等，因此，数组al中需存储前300ms内的合角速度幅值，作为进一步判断的依据，若数组al中有值超过2.65，则判定检测到的疑似迈步的合加速度曲线是用户原地操作手机所致，不计步，将t1、t2、al重置，转入步骤1；若数组al中所有值均不超过2.65，则判定检测到的疑似迈步的合加速度曲线是用户迈步所致，计步，将t1、t2、al重置，延迟t3时间后转入步骤1；步骤5-2：无论是否计步，t1、t2、al中数据都重置清零：令t1＝0，t2＝0，数组al中数据清空。此外，由于人的最快步行速度不超过每分钟180步，也就是说每步至少需要333ms左右，因此计步成功后330ms内的传感器数据无需再做判断，这样做的好处在于滤除杂波干扰的同时还大大减少了系统开销。有益效果：本专利技术在不影响通用计步算法原有计步精度的基础上，创造性地加入了陀螺仪传感器数据作为辅助判断依据，对于原地抬起、上下抖动、左右晃动手机等动作，误判率由原来的接近100％降低到10％以内，使算法鲁棒性有了极大的提升。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为手机x、y、z坐标轴示意图。图2为步行10步得到的合加速度幅值曲线。图3为原地将手机从身体一侧靠近脸部而后返回得到的合加速度幅值曲线。图4为步行50步得到的合加速度幅值与合角速度幅值曲线。图5为原地上下轻微抖动手机得到的合加速度幅值与合角速度幅值曲线。图6为原地将手机从身体一侧抬起而后放下得到的合加速度幅值与合角速度幅值曲线。图7为原地左右轻微晃动手机得到的合加速度幅值与合角速度幅值曲线。图8为改进后的计步方法流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术公开了一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法，包括如下步骤：步骤1，以100Hz频率采集用户手机加速度和角速度数据，计算合加速度与合角速度幅值，并将合角速度幅值存入长度为30的数组al中；步骤2，对合加速度幅值进行中值滤波，窗口长度为3；步骤3，将合加速度幅值大于10.91m/s2时的时间点记录为t1，小于8.94m/s2时的时间点记录为t2(t1、t2单位均为ms)，如果t2-t1介于25和300之间，则认为是疑似迈步，转入步骤4，否则转入步骤1；步骤4，将数组al中的值逐个与预设的合角速度阈值(2.65rad/s)比较；步骤5，如果数组al中所有的值均不超过2.65，则判定此刻为用户迈出一步，将t1、t2、al重置，330ms后转入步骤1；否则判定此刻为用户原地操作手机，不计步，将t1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集用户手机加速度和角速度数据，计算合加速度与合角速度幅值，并将合角速度幅值存入数组al中；步骤2，对合加速度幅值进行中值滤波；步骤3，将合加速度幅值大于上阈值时的时间点记录为t1，小于下阈值时的时间点记录为t2，t1、t2单位均为ms，根据t1、t2判断是否存在疑似迈步的合加速度曲线，如果是，转入步骤4，否则转入步骤1；步骤4，将数组al中的值逐个与预设的合角速度阈值比较；步骤5，如果数组al中所有的值均不超过合角速度阈值，则判定此刻为用户迈出一步，将t1、t2、al重置，延迟t3时间后转入步骤1；否则判定此刻为用户原地操作手机，不计步，将t1、t2、al重置，转入步骤1。

【技术特征摘要】
1.一种基于手机加速度和陀螺仪传感器的计步方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集用户手机加速度和角速度数据，计算合加速度与合角速度幅值，并将合角速度幅值存入数组al中；步骤2，对合加速度幅值进行中值滤波；步骤3，将合加速度幅值大于上阈值时的时间点记录为t1，小于下阈值时的时间点记录为t2，t1、t2单位均为ms，根据t1、t2判断是否存在疑似迈步的合加速度曲线，如果是，转入步骤4，否则转入步骤1；步骤4，将数组al中的值逐个与预设的合角速度阈值比较；步骤5，如果数组al中所有的值均不超过合角速度阈值，则判定此刻为用户迈出一步，将t1、t2、al重置，延迟t3时间后转入步骤1；否则判定此刻为用户原地操作手机，不计步，将t1、t2、al重置，转入步骤1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：步骤1-1：以100Hz频率采集用户手机加速度和角速度数据，手机的加速度传感器获取的是沿手机x、y、z三轴方向上的加速度，分别为xa、ya、za；陀螺仪传感器获取的是绕x、y、z三轴旋转的角速度，分别为xg、yg、zg，合加速度幅值为合角速度幅值为将合角速度幅值存入长度为30的数组al中；步骤1-2：陀螺仪传感器刚开始采样时，数组al中数据个数小于30，将新获得的合角速度幅值按照al[0]～al[29]的顺序存入，al[0]为数组a1中第一个位置；数组al中数据个数达到30后，先删除最左边的数据al[0]，并将其余数据左移1位，而后将新获得的合角...

【专利技术属性】
技术研发人员：季晓勇，金伟旗，陈磊，谷宇，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32