一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法，该算法包括：1.对终端内自带加速度计、陀螺仪、磁力计进行误差校准和补偿；2.检测加速度计X轴峰值特征和Z轴四分位距值特征，进行上楼、下楼、平走行为模式判定；3.实时判定行人运动模式，采集行人运动过程中加速度计数据并进行零速状态检测，从而判别行人当前上下楼动作是否处于跨步完成状态；4.若处于跨步完成状态，使用基于惯性传感器数据的动态姿态解算算法计算Android智能终端俯仰角；5.分别构建行人上楼、下楼运动节点模型，利用节点模型几何关系结合俯仰角实时计算上下楼时每一步的步高，从而进行室内高度测算。该高度测算方法不需要气压计，适用于各种室内环境复杂的场景。

A height measurement method without barometer based on Android inertial platform

【技术实现步骤摘要】
一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法
本专利技术属于惯性传感器测算高度领域，特别涉及一种无需气压计、仅利用Android智能终端中自带惯性传感器进行室内高度测算的方法。
技术介绍
随着移动通信技术的发展，基于室内的位置服务受到越来越多的青睐，比如商场定位、火灾救援等，同时随着室内建筑愈发复杂，如何确定行人室内高度尤为重要，也是室内三维定位关键所在。由于在室内建筑内无法接收到卫星信号或卫星信号弱，因此无法使用传统室外的GPS测高法进行高度测量。目前室内人员定位技术中，应用最为广泛的是基于气压计的高度定位技术以及基于气压计与WiFi、UWB等辅助技术融合的高度定位技术。基于气压计的高度定位技术自主性较好，但是易受定位环境的温度、风速等因素影响，当环境比较复杂时，气压计的高度解算结果可能存在几米甚至几十米的误差，无法满足室内人员定位精度要求。基于气压计与辅助技术融合的高度定位技术，高度解算精度较高，但是需要预先在建筑内安装辅助设备，只适用于特定环境，自主性和适应性较差。目前仅依靠惯性传感器进行高度测算的算法还比较少，比如基于垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，对Android终端内自带加速度计、陀螺仪、磁力计进行误差校准和补偿，主要包括：零偏误差校准、温度补偿以及滑动平均滤波，并将Android智能终端放置于被测对象身上，实时采集处理后的被测对象加速度计、陀螺仪、磁力计数据；/n步骤2，检测加速度计X轴峰值特征和Z轴四分位距值特征，分别表示为Ax

【技术特征摘要】
1.一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对Android终端内自带加速度计、陀螺仪、磁力计进行误差校准和补偿，主要包括：零偏误差校准、温度补偿以及滑动平均滤波，并将Android智能终端放置于被测对象身上，实时采集处理后的被测对象加速度计、陀螺仪、磁力计数据；
步骤2，检测加速度计X轴峰值特征和Z轴四分位距值特征，分别表示为Axmax和AzIQR，利用阈值法消除伪波峰干扰，再根据Axmax和AzIQR特征对行人的上楼、下楼、平走行为模式进行判定；
步骤3，当行人处于上楼、下楼行为模式时，采集行人运动过程中加速度计数据并进行零速状态检测，从而判别行人当前上下楼动作是否处于跨步完成状态；
步骤4，若处于跨步完成状态，使用基于惯性传感器数据的动态姿态解算算法计算Android智能终端俯仰角；
步骤5，分别构建行人上楼、下楼运动节点模型，在已知行人腿长的情况下，利用节点模型几何关系结合俯仰角实时计算上下楼时每一步的步高，从而进行室内高度测算。


2.根据权利要求1所述的一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法，其特征在于，所述步骤1中对Android智能终端内自带惯性传感器进行零偏误差校准、温度补偿以及滑动平均滤波的数据处理步骤，具体包括：
(1)选定惯性传感器中安装有自主开发的数据采集APP的谷歌Pixel2智能终端，打开数据采集APP；
(2)选定二自由度及以上的旋转控制系统；
(3)对步骤(2)选定的旋转控制系统进行主轴和俯仰轴归零操作；
(4)将Android智能终端垂直放置并固定于旋转控制系统上，采集加速度计、陀螺仪、磁力计输出数据，计算零位偏移并进行校准工作，得到零偏误差校准后的数据；
(5)选定高低温箱，在Android智能终端的工作温度范围内对步骤(4)的输出数据进行温度补偿，得到温度补偿后的数据；
(6)设计滑动平均滤波器，对步骤(5)得到的数据进行滤波处理，该方法利用开窗口的思维，取固定长度为n的采样值个数，并将其作为一个循环队列，每次采样获得一个新数据放入队尾，并丢弃原本队首的一个数据，滤波器计算队列中n个数据的算术平均值并将其作为输出，记第i次滤波输出为Oi，计算方法如式(1)所示：



式中，n为窗口数，xj为待滤波数据集中的第j个数据。


3.根据权利要求2所述的一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法，其特征在于，所述步骤1中将Android智能终端放置于被测对象身上，实时采集处理后的被测对象加速度计、陀螺仪、磁力计数据，具体包括：
(1)被测对象将Android智能终端紧贴大腿放置于裤兜，静止采集1s内经数据预处理之后的加速度计三个轴向在当地的重力加速度分量，并分别求均值；
(2)将被测对象行走过程中的X、Y、Z轴加速度计数据减去步骤(1)中的重力加速度均值，得到行人的运动加速度数据分别记为Ax、Ay、Az，并将此运动加速度计数据作为后续步骤的研究对象；
(3)实时采集被测对象运动过程中预处理后的陀螺仪、磁力计数据，分别记为Gx、Gy、Gz和Mx、My、Mz。


4.根据权利要求3所述的一种基于Android惯性平台的无气压计高度测算方法，其特征在于，所述步骤2中检测加速度计X轴峰值特征和Z轴四分位距值特征，并对行人的上楼、下楼、平走行为模式进行判定，分别设定上楼、下楼、平走行为模式下的算法标志位为2、1、0，具体包括：
(1)记X轴加速度计的波峰值和波谷值分别为Axmax、Axmin，记录行人平走1s时间内X轴加速度计的波峰值均值和波谷值均值分别为av_Axmax、av_Axmin；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，惠鸿飞，路永乐，方针，周渝，刘茄鑫，瞿桢，王汶新，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50