一種用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高程定位方法，特別是一種用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了能夠準(zhǔn)確的定位室內(nèi)人員所在的樓層信息，室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置必須提供足夠 精確的人員高程信息，從而進(jìn)行樓層匹配。但是，現(xiàn)有的基于微慣性測(cè)量單元的室內(nèi)行人導(dǎo) 航裝置器件精度低，利用傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法得到的高程誤差會(huì)迅速增大。基于"零 速修正"原理的微慣性行人導(dǎo)航方法的高程定位精度雖然大幅提高，但是依然無法完全抑 制高程誤差的累積，不能滿足長時(shí)間連續(xù)定位的需求，同時(shí)，要求將慣性測(cè)量單元固定在腳 部，在實(shí)際應(yīng)用中局限性較大。氣壓計(jì)通過感應(yīng)大氣壓變化來判別高程信息，但是氣壓計(jì)輸 出的高程受大氣溫度變化、對(duì)流等因素影響較大，在火災(zāi)救援等特殊的室內(nèi)環(huán)境下，高程擾 動(dòng)較大。針對(duì)上述問題，需要一種能夠適應(yīng)多種環(huán)境要求、定位結(jié)果穩(wěn)定可靠的高程解算方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位方法，解決現(xiàn)有的基 于微慣性測(cè)量單元+氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置高程定位精度低、環(huán)境適應(yīng)性差的問題。
[0004] 一種用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位方法，其具體步驟為： 第一步構(gòu)建基于微慣性測(cè)量單元+氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航系統(tǒng) 基于微慣性測(cè)量單元+氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：微傳感器模塊、定位解算模 塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0005] 微傳感器模塊的功能為：測(cè)量人員行走時(shí)軀體的角速度、軀體的加速度和環(huán)境大 氣壓信息，并對(duì)上述信息進(jìn)行定時(shí)采集和預(yù)處理。
[0006] 定位解算模塊的功能為：根據(jù)微傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)，解算人員的水平位置和 高程信息。
[0007] 數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能為：向外界輸出人員的水平位置和高程信息。
[0008] 第二步微傳感器模塊定時(shí)采集和預(yù)處理人體運(yùn)動(dòng)信息 微傳感器模塊安裝在人體軀干或下肢上，包括：微慣性測(cè)量單元、微氣壓計(jì)和數(shù)據(jù)采集 預(yù)處理器。其中，微慣性測(cè)量單元包含三個(gè)相互正交的測(cè)量軸，每個(gè)測(cè)量軸上安裝一個(gè)MEMS 陀螺和一個(gè)MEMS加速度計(jì)，用于測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)的角速度和加速度。微氣壓計(jì)用于測(cè)量大氣 壓。數(shù)據(jù)采集預(yù)處理器定時(shí)采集微慣性測(cè)量單元和微氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償和預(yù) 處理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給定位解算模塊。
[0009] 第二步定位解算模塊計(jì)算人員尚程?目息 定位解算模塊接收到微傳感器模塊的數(shù)據(jù)后，開始執(zhí)行高程計(jì)算； 將方位角爐置零，利用比力尨和重力加速度&計(jì)算零方位角條件下的姿態(tài)方向余弦矩 陣￡^?_=切，并以此來初始化捷聯(lián)慣導(dǎo)的姿態(tài)方向余弦矩陣爾？； 利用氣壓數(shù)據(jù)計(jì)算氣壓高程\，并用氣壓高程的平均值I初始化捷聯(lián)慣導(dǎo)的高程私， 即 A = ; 利用角速度更新姿態(tài)方向余弦矩陣if ; 以CS*(賢=?為觀測(cè)量，進(jìn)行水平姿態(tài)信息融合，估計(jì)和修正捷聯(lián)慣導(dǎo)的水平姿態(tài)誤差， 得到修正后的姿態(tài)方向余弦矩陣#; 利用％將比力石分解到豎直方向上，并更新捷聯(lián)慣導(dǎo)的豎直速度K和高程ft; 以時(shí)間為自變量，對(duì)最近2s內(nèi)的捷聯(lián)慣導(dǎo)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行一階線性擬合，根據(jù)擬合得到 的斜率和標(biāo)準(zhǔn)差判斷人員是否處于平走或靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)斜率絕對(duì)值小于設(shè)定的斜率閾值且 標(biāo)準(zhǔn)差小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)差閾值時(shí)，則判定人員處于平走或靜止?fàn)顟B(tài)，否則，判定人員處于上 下樓狀態(tài)。其中，斜率閾值的取值范圍為：0.08~0. 1，標(biāo)準(zhǔn)差的閾值由微傳感器模塊的安裝 部位確定，當(dāng)安裝在人體軀干部位時(shí)取〇. 06~0. 1之間；當(dāng)安裝在下肢部位時(shí)取0. 1~0. 2之 間；安裝位置越靠下，標(biāo)準(zhǔn)差閾值應(yīng)越大。
[0010] 當(dāng)人員處于平走或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，以"零豎直速度"為觀測(cè)量，進(jìn)行高程信息融合，估 計(jì)和修正捷聯(lián)慣導(dǎo)的高程誤差、速度誤差、加速度誤差和氣壓高程擾動(dòng)誤差。當(dāng)人員處于上 下樓狀態(tài)時(shí)，以氣壓高程為觀測(cè)量，進(jìn)行高程信息融合，估計(jì)和修正捷聯(lián)慣導(dǎo)的高程誤差、 豎直速度誤差和豎直加速度誤差； 數(shù)據(jù)傳輸模塊向外界輸出高程數(shù)據(jù)，并記錄最新2s內(nèi)的捷聯(lián)慣導(dǎo)高程，根據(jù)微傳感器 模塊的采樣節(jié)拍，重復(fù)上述的高程計(jì)算流程，行人導(dǎo)航裝置持續(xù)輸出人員的高程信息，直到 停止使用為止。
[0011] 至此完成了用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位。
[0012] 本發(fā)明解決了基于微慣性測(cè)量單元+微氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置在復(fù)雜室內(nèi) 環(huán)境下高程定位精度低、環(huán)境適應(yīng)性差的問題，采用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別+高程雙模信息融合的 方法，實(shí)現(xiàn)了高程的長時(shí)間精確定位，具有原理清晰、易于實(shí)現(xiàn)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠 提高基于微慣性測(cè)量單元+微氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的適用能力。
【附圖說明】
[0013] 圖1 一種用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位方法所述基于微慣性測(cè)量單元+微氣 壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置系統(tǒng)組成示意圖。
[0014] 1.微傳感器模塊2.定位解算模塊3.數(shù)據(jù)傳輸模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0015] -種用于室內(nèi)行人導(dǎo)航裝置的高程定位方法，其具體步驟為： 第一步構(gòu)建基于微慣性測(cè)量單元+氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航系統(tǒng) 基于微慣性測(cè)量單元+氣壓計(jì)的室內(nèi)行人導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：微傳感器模塊1、定位解算 模塊2和數(shù)據(jù)傳輸模塊3。
[0016] 微傳感器模塊1的功能為：測(cè)量人員行走時(shí)軀體的角速度、軀體的加速度和環(huán)境 大氣壓信息，并對(duì)上述信息進(jìn)行定時(shí)采集和預(yù)處理。
[0017] 定位解算模塊2的功能為：根據(jù)微傳感器模塊1采集的數(shù)據(jù)，解算人員的水平位置 和高程信息。
[0018] 數(shù)據(jù)傳輸模塊3的功能為：向外界輸出人員的水平位置和高程信息。
[0019] 第二步微傳感器模塊1定時(shí)采集和預(yù)處理人體運(yùn)動(dòng)信息 微傳感器模塊1安裝在人體軀干或下肢上，包括：微慣性測(cè)量單元、微氣壓計(jì)和數(shù)據(jù)采 集預(yù)處理器。其中，微慣性測(cè)量單元包含三個(gè)相互正交的測(cè)量軸，每個(gè)測(cè)量軸上安裝一個(gè) MEMS陀螺和一個(gè)MEMS加速度計(jì)，用于測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)的角速度和加速度。微氣壓計(jì)用于測(cè)量 大氣壓。數(shù)據(jù)采集預(yù)處理器定時(shí)采集微慣性測(cè)量單元和微氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償 和預(yù)處理