【技术实现步骤摘要】
一种基于脚部和腿部微惯性测量单元的行人定位方法
[0001]本专利技术属于行人惯性导航领域，具体涉及一种基于脚部和腿部微惯性测量单元的行人定位方法。
技术介绍
[0002]近年来，医疗界大力推进以便携式智能设备为核心的阿尔兹海默症康复训练方法，目的是实现对阿尔兹海默症患者的位姿状态进行实时监测，并对患者治疗效果与病情发展情况进行合理评估。提升设备佩戴者位姿信息的测量精确度，以采取合适的方法治疗阿尔兹海默症患者，对保障我国老年群体的健康生活有重要意义。
[0003]随着行人惯性导航系统等便携式智能设备的不断发展，其在应急救援、军事、人体运动、步态分析和康复等领域得到了广泛应用。然而，传统行人惯性导航系统的位置、速度误差发散速度快，特别是在使用低成本，高噪声的磁力计和惯性测量单元的情况下，往往很难获得较高精度的定位信息。为了获得高精度的定位信息，提高行人惯性导航系统的测量精度是当前研究的热点，而如何在运动状态复杂的行走过程中及时修正惯性导航系统的测量误差是解决该问题的关键。
[0004]专利号为CN1113071...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于脚部和腿部微惯性测量单元的行人定位方法，其特征在于，所述行人定位方法包括以下步骤：S1，在设备佩戴者的脚尖、脚跟和小腿处分别安装3个惯性测量单元，依据脚面与小腿的姿态以及传感器速度将步态周期划分为四个阶段：站立阶段、摆动前阶段、摆动阶段和摆动后阶段；根据相应的运动学特性以及加速度和角速度的统计特性，采用阈值法进行步态相位判断；S2，基于动态几何约束和科里奥利理论，根据3个惯性测量单元的空间位置信息构建四个连续步态阶段的速度和位置约束；根据人体运动学相关特征，在站立阶段、摆动前阶段、摆动后阶段，脚的速度为零，将零赋值给各传感器，周期性地修正速度真实值与传感器测量值之间的误差，构建各运动状态下的速度约束方程；S3，将修正后的传感器值通过互补滤波器以消除噪声的干扰，再通过卡尔曼滤波器获得各运动状态下的观测方程，由各运动状态下的高精度观测方程得到各运动状态修正后的定位结果。2.根据权利要求1所述的基于脚部和腿部微惯性测量单元的行人定位方法，其特征在于，步骤S1中，所述相应的运动学特性是指：摆动前阶段是以脚尖为支点的摆动动作，摆动后阶段是以脚跟为中心的旋转动作；当系统处于摆动前阶段时，脚跟处的加速度大于脚尖处，摆动后阶段则相反。3.根据权利要求1所述的基于脚部和腿部微惯性测量单元的行人定位方法，其特征在于，步骤S1中，采用阈值法进行步态相位判断的过程包括以下步骤：对惯性测量单元信号进行包括平滑、滤波和归一化在内的预处理；采用滑动窗口对预处理后的数据进行分割，对单个窗口提取运动学特征；结合测量的加速度信息，判断下肢各部分运动的先行趋势；结合角度阈值判断，对步态切换时刻点进行精确定位。4.根据权利要求1所述的基于脚部和腿部微惯性测量单元的行人定位方法，其特征在于，步骤S2中，基于动态几何约束和科里奥利理论，根据3个惯性测量单元的空间位置信息构建四个连续步态阶段的速度和位置约束的过程包括以下步骤：定义3个惯性测量单元分别为传感器0、传感器1和传感器2；结合动态三点几何约束推导得到位置约束方程：；其中，i为传感器的序号，表示传感器i所在的坐标系，n坐标系为导航坐标系，其原点表示为O，A代表踝关节；为从i指向j的向量，向量是在n坐标系下定义的；表示由传感器0所在的坐标系中踝关节A位置指向传感器0所在坐标系原点的向量，表示由传感器1所在的坐标系中踝关节A位置指向传感器1所在坐标系原点的向量，表示由传感器2所在的坐标系中踝关节A位置指向传感器2所在坐标系原点的向量，表示传感器0所在的
坐标系原点指向导航坐标系原点的向量，表示传感器1所在的坐标系原点指向导航坐标系原点的向量，表示传感器2所在的坐标系原点指向导航坐标系原点的向量，表示从传感器坐标系到n坐...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋治儒，钱伟行，万游，周学成，方铭宇，刘童，沈皓轩，洪越，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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