【技术实现步骤摘要】
一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法及系统
本公开涉及滤波数据处理
，特别是涉及一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法及系统。
技术介绍
最近，人体运动捕捉系统(运动追踪)的发展受到临床医学的高度刺激，其中步态分析是运动捕捉的主要应用。通过这些系统获得的高分辨率、定量数据可用于更好地了解多种疾病的原因，从而形成有效的治疗方法，比如对于失去运动功能的门诊患者或中风患者的康复。持续监测患者在自由生活环境中的人体运动可提供更有价值的反馈来指导临床治疗。然而，超越实验室环境并获得人体活动的准确测量，尤其是在自由生活环境下，这是极具挑战性的。目前，商业人体运动捕捉系统拥有出色捕捉和重建系统，但需要外部设备(如相机)，并且不能为用户提供日常环境下的重要信息。通常，人体可以被建模为由关节连接的多节段的连杆系统，其被称为运动链。如果可以确定相对于每个节段的方位，则可以计算出基于该运动链的人体的整体运动。因此，关节角的准确估计在人体运动分析中具有重要的作用。可以通过附着于人体的惯性传感器模块来测量各个节段的方向。这种传感器模块通常由三轴加速度计，三轴陀螺仪和三轴...
【技术保护点】
1.一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法，其特征是，包括：数据采集：利用集成三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计的惯性传感器获得行人载体的三轴的加速度、角速度和磁场强度；基于陀螺仪的方向估计：将三轴的陀螺仪测量的数据使用四元数表示，利用四元数的导数描述传感器坐标系相对于地球坐标系下的方向变化率，在已知初始条件下，通过对四元数的导数的积分获得传感器坐标系相对于对地球坐标系下的方向；利用高斯‑牛顿优化方法计算加速度计和磁力计测量值的方向；自适应滤波器的时变参数被设为每个方向的权值，增益是根据基于高斯‑牛顿优化算法的低通频率的收敛率和基于陀螺仪的高通频率的发散率进行自适应...
【技术特征摘要】
1.一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法，其特征是，包括：数据采集：利用集成三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计的惯性传感器获得行人载体的三轴的加速度、角速度和磁场强度；基于陀螺仪的方向估计：将三轴的陀螺仪测量的数据使用四元数表示，利用四元数的导数描述传感器坐标系相对于地球坐标系下的方向变化率，在已知初始条件下，通过对四元数的导数的积分获得传感器坐标系相对于对地球坐标系下的方向；利用高斯-牛顿优化方法计算加速度计和磁力计测量值的方向；自适应滤波器的时变参数被设为每个方向的权值，增益是根据基于高斯-牛顿优化算法的低通频率的收敛率和基于陀螺仪的高通频率的发散率进行自适应调节，获得陀螺仪最后的方向估计。2.如权利要求1所述的一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法，其特征是，惯性传感器的陀螺仪中输出的角速度进行一次积分，输出结果作为自适应滤波器的输入。3.如权利要求1所述的一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法，其特征是，利用高斯-牛顿优化方法计算加速度计和磁力计相对于地球的绝对方向，其中，实际上是在时间t+Δt最后的优化方向，表示为下标a表示的是依靠加速度计和磁力计估计的方向，是指在之前时刻t估计的方向，被记为下标f表示的是在互补滤波器融合之后的方向估计，λk将在每次迭代中更改为最优值，λt+Δt控制的收敛率等于或大于方向的变化率，因此，每个时间段计算一次迭代是可接受的，α是考虑到加速度计和磁力计存在噪声时λ的增加值。4.如权利要求1所述的一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法，其特征是，将低通滤波器处理的加速度及磁力信号和高通滤波器处理的陀螺仪信号组合起来得到最终的最优速率。5.如权利要求1所述的一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波方法，其特征是，补偿方案包括陀螺仪的零偏漂移补偿及加速度计和磁力计补偿。6.一种用于行人方位估计的自适应增益互补滤波系统，其特征是，包括：数据采集单元，被配置为：利用集成三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计的惯性传感器获得行人载体的三轴的加速度、角速...
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