一种用于室内行人导航装置的高程定位方法

摘要

本发明公开了一种用于室内行人导航装置的高程定位方法，通过室内行人导航装置实现。室内行人导航装置，包括：微传感器模块（1）、定位解算模块（2）和数据传输模块（3）。定位解算模块（2）解算得到人员的水平位置和高程信息。然后，识别人员平走和上下楼两种运动状态，平走时以“零竖直速度”为观测量，上下楼时以气压高程为观测量，分别进行信息融合，估计和修正捷联惯导的高程误差、竖直速度误差、竖直加速度误差以及气压高程扰动误差，确保高程稳定可靠。本发明解决了室内行人导航装置在复杂室内环境下高程定位精度低、环境适应性差的问题，具有原理清晰、易于实现、环境适应性强的特点。

主权项

一种用于室内行人导航装置的高程定位方法，其特征在于具体步骤为：第一步 构建基于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航系统基于微惯性测量单元+气压计的室内行人导航系统，包括：微传感器模块（1）、定位解算模块（2）和数据传输模块（3）；微传感器模块（1）的功能为：测量人员行走时躯体的角速度、躯体的加速度和环境大气压信息，并对上述信息进行定时采集和预处理；定位解算模块（2）的功能为：根据微传感器模块（1）采集的数据，解算人员的水平位置和高程信息；数据传输模块（3）的功能为：向外界输出人员的水平位置和高程信息；第二步 微传感器模块（1）定时采集和预处理人体运动信息微传感器模块（1）安装在人体躯干或下肢上，包括：微惯性测量单元、微气压计和数据采集预处理器；其中，微惯性测量单元包含三个相互正交的测量轴，每个测量轴上安装一个MEMS陀螺和一个MEMS加速度计，用于测量人体运动的角速度和加速度；微气压计用于测量大气压；数据采集预处理器定时采集微惯性测量单元和微气压计的数据，对数据进行补偿和预处理，并将处理后的数据传输给定位解算模块（2）；第三步 定位解算模块（2）计算人员高程信息定位解算模块（2）接收到微传感器模块（1）的数据后，开始执行高程计算；将方位角置零，利用比力和重力加速度计算零方位角条件下的姿态方向余弦矩阵，并以此来初始化捷联惯导的姿态方向余弦矩阵；利用气压数据计算气压高程，并用气压高程的平均值初始化捷联惯导的高程，即：；利用角速度更新姿态方向余弦矩阵；以为观测量，进行水平姿态信息融合，估计和修正捷联惯导的水平姿态误差，得到修正后的姿态方向余弦矩阵；利用将比力分解到竖直方向上，并更新捷联惯导的竖直速度和高程；以时间为自变量，对最近2s内的捷联惯导高程数据进行一阶线性拟合，根据拟合得到的斜率和标准差判断人员是否处于平走或静止状态，当斜率绝对值小于设定的斜率阈值且标准差小于设定的标准差阈值时，则判定人员处于平走或静止状态，否则，判定人员处于上下楼状态；其中，斜率阈值的取值范围为：0.08~0.1，标准差的阈值由微传感器模块（1）的安装部位确定，当安装在人体躯干部位时取0.06~0.1之间；当安装在下肢部位时取0.1~0.2之间；安装位置越靠下，标准差阈值应越大；当人员处于平走或静止状态时，以“零竖直速度”为观测量，进行高程信息融合，估计和修正捷联惯导的高程误差、速度误差、加速度误差和气压高程扰动误差；当人员处于上下楼状态时，以气压高程为观测量，进行高程信息融合，估计和修正捷联惯导的高程误差、竖直速度误差和竖直加速度误差；数据传输模块（3）向外界输出高程数据，并记录最新2s内的捷联惯导高程,根据微传感器模块（1）的采样节拍，重复上述的高程计算流程，行人导航装置持续输出人员的高程信息，直到停止使用为止；至此完成了用于室内行人导航装置的高程定位。