一種步行方向檢測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種步行方向檢測方法和裝置，包括：將當前檢測到的加速度轉換為以大地坐標系為參考系的加速度，所述大地坐標系包括：北、東和重力方向；將轉換后的重力方向上的加速度進行濾波，檢測步子并計算當前步頻；根據(jù)所述當前步頻，將轉換后的北、東方向上的加速度分別進行濾波，對濾波后的北、東方向上的加速度進行向量求和，得到水平方向上的和加速度；根據(jù)所述檢測步子的結果確定當前步子的時間范圍，找出該時間范圍內水平方向上的和加速度最大時刻，根據(jù)所述最大時刻上濾波后的北、東方向的加速度，計算當前步行方向。本發(fā)明適用范圍廣，得到的前進方向精度高，能夠為各種慣性導航設備提供精準的方向數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種步行方向檢測方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及定位【技術領域】，尤其涉及一種步行方向檢測方法和裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的人員定位技術分為三類:(I)基于測距的定位技術:包括GPS、基于無線信號強度的定位技術、基于聲波測距的定位技術等。GPS定位需要用戶攜帶帶有GPS模塊的手機或者導航儀，通過與衛(wèi)星的通訊來進行定位，但是在室內沒有GPS信號的地方，該技術無法使用；基于信號強度的定位技術需要無線信號設備，由于信號干擾、阻擋、多徑反射等原因，無法實現(xiàn)高精度的定位；基于聲波的定位技術通常需要特殊的超聲波設備，或者需要多設備進行時間同步或通信。這些定位技術都需要錨點來輔助定位。(2)基于位置指紋的定位技術:通常需要對不同位置進行信號指紋采集，而信號指紋的不唯一、時變等特性常使得該方法無法提供精準的定位，同時該方法也只能提供房間級別的定位。(3)基于慣性導航的定位技術:用戶持設備從一個已知位置出發(fā)，通過對加速度計的讀數(shù)進行計算，得到用戶前進的距離和方向，從而確定用戶的前進路徑和距離。
[0003]隨著當前加速度，陀螺儀，磁場等傳感器的普遍應用，大部分移動智能設備都配備了上述這些傳感器，于是出現(xiàn)了大量基于加速度計的慣性導航技術。慣性導航技術不需要輔助錨點，不需要多設備通信，無需特殊設備部署，具有實現(xiàn)簡單，適用范圍廣泛的特點。慣性導航技術廣泛用于隧道內導航、各種健康相關的手機應用、智能手表、智能運動鞋等?，F(xiàn)有的慣性導航系統(tǒng)利用加速度積分，步長乘以步數(shù)的方式能較準確的計算到用戶的前進距離。
[0004]但是，根據(jù)以上描述可以看出，現(xiàn)有技術普遍著力于解決前進距離的計算，卻無法準確計算人員的前進方向，導致無法為用戶提供高質量的定位和導航。

【發(fā)明內容】

[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明提供一種步行方向檢測方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術中無法準確計算步行前進方向的技術問題。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種步行方向檢測方法，包括:
[0009]將當前檢測到的加速度轉換為以大地坐標系為參考系的加速度，所述大地坐標系包括:北、東和重力方向；
[0010]將轉換后的重力方向上的加速度進行濾波，檢測步子并計算當前步頻；
[0011]根據(jù)所述當前步頻，將轉換后的北、東方向上的加速度分別進行濾波，對濾波后的北、東方向上的加速度進行向量求和，得到水平方向上的和加速度；
[0012]根據(jù)所述檢測步子的結果確定當前步子的時間范圍，找出該時間范圍內水平方向上的和加速度最大時刻，根據(jù)所述最大時刻上濾波后的北、東方向的加速度，計算當前步行方向。
[0013]進一步地，所述將當前檢測到的加速度轉換為以大地坐標系為參考系的加速度包括:
[0014]將當前檢測到的X，Y，Z坐標系上的加速度A=(ax，aY, az)τ，轉換為以大地坐標系為參考系的加速度Ae= (aN，aE, aG)T=R.A, aN, aE, ae分別為在北、東、重力方向上的加速度，其中旋轉矩陣R為:
【權利要求】
1.一種步行方向檢測方法，其特征在于，包括: 將當前檢測到的加速度轉換為以大地坐標系為參考系的加速度，所述大地坐標系包括:北、東和重力方向； 將轉換后的重力方向上的加速度進行濾波，檢測步子并計算當前步頻； 根據(jù)所述當前步頻，將轉換后的北、東方向上的加速度分別進行濾波，對濾波后的北、東方向上的加速度進行向量求和，得到水平方向上的和加速度； 根據(jù)所述檢測步子的結果確定當前步子的時間范圍，找出該時間范圍內水平方向上的和加速度最大時刻，根據(jù)所述最大時刻上濾波后的北、東方向的加速度，計算當前步行方向。
2.根據(jù)權利要求1所述的步行方向檢測方法，其特征在于，所述將當前檢測到的加速度轉換為以大地坐標系為參考系的加速度包括: 將當前檢測到的X，Y，Z坐標系上的加速度A= (ax, aY, az)T,轉換為以大地坐標系為參考系的加速度AE=(aN，aE, aG)T=R.A, aN, aE, aG分別為在北、東、重力方向上的加速度，其中旋轉矩陣R為:
3.根據(jù)權利要求2所述的步行方向檢測方法，其特征在于，所述將轉換后的重力方向上的加速度進行濾波，檢測步子并計算當前步頻包括: 將轉換后的重力方向上的加速度ae采用截止頻率為5Hz的低通濾波器進行濾波，得到濾波后的重力方向上的加速度aj ； 尋找ae'相鄰的一組穿過O點的波谷和波峰，將該波谷到下一波谷之間計為一步； 計算當前采樣點數(shù)n，當采樣頻率為fa時，當前步頻為f u=fa/n。
4.根據(jù)權利要求3所述的步行方向檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述當前步頻，將轉換后的北、東方向上的加速度分別進行濾波，對濾波后的北、東方向上的加速度進行向量求和，得到水平方向上的和加速度包括: 利用通帶為[3?.ω/4，3?.ω/2]的帶通濾波器分別進行濾波，得到a/，aE'，得到水平方向上的和加速度為:
5.根據(jù)權利要求4所述的步行方向檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述最大時刻上濾波后的北、東方向的加速度，計算當前步行方向包括: 利用最大時刻t上，北、東方向的加速度aN/，aE/，得到當前步行方向與正北之間的夾角為:tan—1 (aEt, /aNt')。
6.一種步行方向檢測裝置，其特征在于，包括:順序相連的坐標轉換單元、重力濾波單元、水平濾波單元和步行方向檢測單元，其中: 坐標轉換單元，用于將當前檢測到的加速度轉換為以大地坐標系為參考系的加速度，所述大地坐標系包括:北、東和重力方向； 重力濾波單元，用于將轉換后的重力方向上的加速度進行濾波，檢測步子并計算當前步頻； 水平濾波單元，用于根據(jù)所述當前步頻，將轉換后的北、東方向上的加速度分別進行濾波，對濾波后的北、東方向上的加速度進行向量求和，得到水平方向上的和加速度； 步行方向檢測單元，用于據(jù)所述檢測步子的結果確定當前步子的時間范圍，找出該時間范圍內水平方向上的和加速度最大時刻，根據(jù)所述最大時刻上濾波后的北、東方向的加速度，計算當前步行方向。
7.根據(jù)權利要求6所述的步行方向檢測裝置，其特征在于，所述坐標轉換單元還用于: 將當前檢測到的X，Y，Z坐標系上的加速度A= (ax, aY, az)T,轉換為以大地坐標系為參考系的加速度AE=(aN，aE, aG)T=R.A, aN, aE, aG分別為在北、東、重力方向上的加速度，其中旋轉矩陣R為:
8.根據(jù)權利要求7所述的步行方向檢測裝置，其特征在于，所述重力濾波單元包括: 濾波子單元，用于將轉換后的重力方向上的加速度ae采用截止頻率為5Hz的低通濾波器進行濾波，得到濾波后的重力方向上的加速度a, G ； 步子檢測子單元，用于尋找ae'相鄰的一組穿過O點的波谷和波峰，將該波谷到下一波谷之間計為一步；步頻計算子單元，用于計算當前采樣點數(shù)η,當采樣頻率為4時，當前步頻為fu=fa/n。
9.根據(jù)權利要求8所述的步行方向檢測裝置，其特征在于，所述水平濾波單元還用于: 利用通帶為[3fω/4，3fω/2]的帶通濾波器分別進行濾波，得到a/，aE'，得到水平方向上的和加速度為:
10.根據(jù)權利要求9所述的步行方向檢測裝置，其特征在于，所述步行方向檢測單元還用于: 利用最大時刻t上，北、東方向的加速度aN/，aE/，得到當前步行方向與正北之間的夾角為:tan—1 (aEt, /aM')。
【文檔編號】G01C21/20GK103792386SQ201310595323
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權日:2013年11月21日
【發(fā)明者】劉云浩, 張?zhí)m 申請人:清華大學