專利名稱：適用于步行者的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種適用于步行者的定 位方法。
背景技術(shù)：
步行者定位是位置服務(wù)的重要組成部分，目前全球定位系統(tǒng)(GPS)是步行者 定位的主流手段，但GPS信號會因植被、山脈和高樓的遮擋以及多路徑效應(yīng)而在 很多區(qū)域精度變差甚至無法輸出結(jié)果。針對步行者運動特點的定位技術(shù)為實現(xiàn)步 行者不間斷定位提供了可能。在車輛、船舶和飛行器的定位中，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系 統(tǒng)(INS)是輔助GPS實現(xiàn)不間斷定位的重要手段，但這并不適用于步行者，原因 如下(a)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)需要三個正交安裝的加速度計和三軸陀螺儀，而且因其 原理是通過對加速度二次積分實現(xiàn)對位移的求解，所以對傳感器的精度要求較 高，這使捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的造價和體積都不適于步行者應(yīng)用；(b)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的 原理性漂移大于Uw//2，對于大機動的車船和飛行器是可以忽略或補償?shù)?，但?于行走較慢的步行者是無法接受的。航位推測(DR)是成熟地應(yīng)用于車輛、船舶定 位領(lǐng)域的另一種GPS輔助技術(shù)。航位推測的核心思想是實時求取運動體的航向角 和當前輸出值與前一輸出值間的運動距離，并結(jié)合前一輸出值的位置求取當前運 動體的位置。在車船的航位推測應(yīng)用中，航向角由電磁羅盤或陀螺儀測得，運動 距離由里程計測得，但對于步行者，移動主要靠雙腿的行走運動實現(xiàn)，使用單一 傳感器直接測得運動距離較為困難，在考慮成本和易實現(xiàn)性的前提下，需使用其 它傳感器間接測得，其中，通過分析加速度計輸出求取步行者行走距離的方法是 較為可行的。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00610007421.2，專利名 稱為"一種基于步幅的路線指引設(shè)備和方法"，該專利自述為使用移動終端中 嵌入的導(dǎo)航系統(tǒng)，當路線被顯示時，在所關(guān)注的步行者固有的步距的基礎(chǔ)上檢測 歩行者的步幅，并將從當前位置到主位置或目的地的剩余距離轉(zhuǎn)換成步數(shù)，以便 為步行者提供到主位置或目的地的步數(shù)。該專利所述的方法主要用于為手持式移動終端提供自導(dǎo)航功能，所提出的基于步幅求取的自導(dǎo)航方案有一定的創(chuàng)新性。 但該方法具有以下缺陷(a)沒有判斷步行者是否處于行走狀態(tài)，直接將加速度 計的原始采樣作為行走距離求取的依據(jù)，這導(dǎo)致將步行者行走以外的動作(比如， 靜止或原地不規(guī)則運動)所引起的加速度計輸出振動特征誤作為步幅估計的依 據(jù)，從而使行走距離求取產(chǎn)生誤差；(b)在對步行者行走距離的求取中未使用實 時步距，而是使用了特定時間段的平均步距，增大了行走距離求取的累積誤差； (C)在分析加速度計輸出的振動特征時使用的是未經(jīng)處理的原始采樣，混入的噪 聲給分析結(jié)果引入誤差；(d)未測量步行者運動航向角，航位推測中所使用的航 向角通過估計得到，引起累積的方位誤差。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供了一種適用于步行者的定位方 法，包含了針對步行者運動特點的行走動作識別和實時步幅求取的定位方法，使 其在步行者身體除手臂外的任一部位安裝加速度計，并且分析加速度計所測量的 加速度振動特征，并不限定該加速度計是單軸、雙軸或三軸，也不限定該加速度 計軸的朝向，同時，在步行者腰部、肩部安裝電磁羅盤，也可水平手持，用以測 量步行者運動的航向角，通過加速度計和電磁羅盤的配合工作達到較好的定位效 果。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下具體步驟-步驟一，安裝傳感器，并由傳感器采集數(shù)據(jù)傳感器包括加速度計和電磁羅 盤，加速度計負責測量步行者加速度振動特征，用于識別步行者的運動狀態(tài)和求 取步幅；電磁羅盤負責測量步行者的行走航向角，用于求取步行者所處位置的實 時經(jīng)緯度。所述加速度計安裝在步行者身體的除手臂之外的多個部位，電磁羅盤安裝在 步行者的腰部、肩部，或者由步行者水平手持；所述加速度計為單軸、雙軸或三軸，其任一軸可任意朝向。目前很多的微機電系統(tǒng)(MEMS)芯片將加速度計和電磁羅盤集成在一起，這 可降低使用本發(fā)明所提供方法的步行者定位終端成本和體積。步驟二，根據(jù)加速度計的輸出值識別步行者運動狀態(tài)；所述識別步行者運動狀態(tài)具體為第一步，截取步驟一中加速度計的W個輸出值并對這些輸出值進行快速傅立葉變換(FFT)，其中w的取值與加速度計的采樣頻率有關(guān)；第二步，求取該w個加速度輸出值的能量。該能量是第一步中W個加速度計 輸出值快速傅立葉變換后的各頻率分量模的歸一化的和；第三步，判斷步行者是否處于行走運動，具體為判斷該"個加速度輸出值 的能量是否在最低能量閾值和最高能量閾值之間，如成立，則該w個加速度輸出 值所覆蓋的時間里步行者處于行走狀態(tài)，該"個加速度輸出值保存并用于步驟 三；如不成立，則該"個加速度輸出值所覆蓋的時間里步行者不處于行走狀態(tài)， 丟棄該W個加速度輸出值，并返回第一步的操作，其中步行者行走的最低能量閾 值和最高能量閾值，可根據(jù)步行者的運動特性進行調(diào)整。步驟三，對W個加速度輸出值進行平滑處理，并捕獲加速度輸出值的峰值， 得到步行者實時步幅；所述得到步行者實時步幅，通過以下步驟實現(xiàn)第一步，使用滑動平均法對"個加速度輸出值進行平滑處理，滑動平均法是指對于第/個輸出值，其平滑的結(jié)果為第/-m到第Z + m個輸出值的平均值，使噪 聲較大的加速度輸出值有效平滑，降低加速度輸出值峰值捕獲的誤差；第二步，使用長度可變的滑動窗捕獲平滑處理后的加速度輸出值的峰值。該 滑動窗的長度根據(jù)加速度計的采樣頻率和對"個加速度輸出值進行快速傅立葉 變換后幅值最大的頻率分量來確定；所述捕獲平滑處理后的加速度輸出值的峰值，包括如下具體步驟-① 將一個靠近滑動窗頭部的未包括在滑動窗中的樣本移入滑動窗；② 將一個靠近滑動窗尾部的己包括在滑動窗中的樣本移出該滑動窗；③ 判斷該滑動窗中心處的樣本是否大于其它的樣本；④ 如果滿足第③步的條件，則認為捕獲到了一個潛在的峰值，如果不滿足則 返回步驟①，繼續(xù)移動該滑動窗中的樣本進行峰值捕獲，所捕獲到的峰值僅是潛 在峰值，誤捕獲仍有可能發(fā)生，還需進行時間間隔校驗。第三步，判斷峰值捕獲后的結(jié)果是否滿足時間間隔的要求，具體為判斷本 次與上一次所捕獲到的峰值的采樣時間差值是否大于最小時間間隔閾值，如成 立，則保存該差值并用于第四步，該差值為步行者當前步子的周期，該差值的倒 數(shù)為步行者實時步頻F;如不成立則丟棄該次捕獲結(jié)果，并返回第二步，繼續(xù)對 平滑處理后的加速度輸出值進行峰值捕獲。其中，峰值最小時間間隔閾值通過步驟二的第一步中對"個加速度輸出值進行快速傅立葉變換后幅值最大的頻率分 量來確定。第四步，利用步行者的實時步頻F求取實時步幅，具體如下:實時步幅^0.4375 0<"1.35 0.45F-0.17 1.35<尸<2.45 0.9325 2.45^<+oo該公式經(jīng)多次實驗測得，當人步頻加大時，處于維持平衡的原因，步幅也將 增大，當行走速度處于常規(guī)步頻范圍時，步幅與步頻有近似的線性關(guān)系。當步行 者步頻在(1.35，2.45)區(qū)間內(nèi)時，對于年齡在15 65歲，身高在150 185厘米的東方人，利用上述公式求取的步幅具有良好的精度。步驟四，根據(jù)電磁羅盤的航向角和步行者的實時步幅，求取步行者所處位置 的經(jīng)緯度。所述得到步行者所處位置的經(jīng)緯度，通過以下步驟實現(xiàn) 第一步，使用滑動平均法對步驟一中電磁羅盤測得的航向角樣本進行平滑處理；第二步，使用平滑處理后的航向角樣本和步驟三中得到的步行者實時步幅， 并依據(jù)地球模型求取步行者所處位置的經(jīng)緯度。本發(fā)明包括識別步行者運動狀態(tài)、求取步行者實時步幅和結(jié)合航向角求取步 行者所處位置的經(jīng)緯度三部分。與車船不同，步行者的方位改變主要由雙腿的運 動實現(xiàn)，行走動作將帶來身體有規(guī)則的振動，通過測量與分析該振動特征，并采 用針對加速度采樣的峰值捕獲方法求取步行者的實時步頻，并利用步頻與步幅的 關(guān)系可得到步行者的實時步幅，該實時步幅可作為相鄰采樣時刻間步行者行走的 距離，與電磁羅盤輸出的航向角相結(jié)合，并利用地球模型可得到步行者所處位置 的經(jīng)緯度。但是，加速計的輸出的振動特征并不是僅由行走運動引起，步行者原地靜止時加速度計的輸出依然會具有振動特征；步行者身體的晃動或躲避障礙時 的橫向運動也會造成加速度計輸出的振動特征，因為在靜止和不規(guī)則運動時步行 者身體的振動并未產(chǎn)生方位上的移動，不經(jīng)預(yù)判斷，分析加速度計輸出值的所有 振動特征所輸出的行走距離將包含較大誤差。為降低這種誤差，本發(fā)明在步幅估 計前對w個加速度輸出值是否表征了步行者的行走運動做出判斷，判斷的依據(jù)為 加速度采樣的能量。此外，在實時步頻求取中，本發(fā)明采取了措施以減少加速度噪聲干擾引起的加速度計輸出峰值捕獲時的誤捕獲。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果① 本發(fā)明僅需一個加速度計和一個羅盤便能實現(xiàn)定位，并且不直接積分加速 度計輸出來求取行走距離，而是用加速度計記錄步行者身體的振動特征，因此對 其精度沒有過高要求，所需的加速度計可置于步行者身體除手臂外的任一部位； 不限定加速度計為單軸、雙軸或三軸；不限定加速度計任一軸的朝向，這保證了 本發(fā)明工程實現(xiàn)的低成本。② 本發(fā)明所使用的各種方法都充分考慮了其在工程上的易實現(xiàn)性，可使用各 種微處理器(MCU)片上實現(xiàn)，其中，作為步頻近似估計的快速傅立葉變換方法， 是絕大多數(shù)的DSP芯片的標配功能部件，可快速簡便地硬件實現(xiàn)。③ 可高識別率地判斷步行者是否處于行走狀態(tài)，在合理確定步行者行走能量閾值的前提下，對步行者行走動作的識別率在98%以上。因此可減少將步行者行走以外動作所引起的加速度計輸出振動特征誤作為行走距離求取的依據(jù)而引起 的誤差。④ 有效提高了步行者定位的精度。行走距離500米以內(nèi)，平均定位誤差小于 5米，優(yōu)于民用GPS的定位精度；行走距離在IOOO米以內(nèi)，平均定位誤差小于 20m，這主要得益于在對步行者行走距離的求取中使用了實時步距。


圖l為本發(fā)明實施例中安裝在歩行者腰間的傳感器終端； 圖2為本發(fā)明方法的流程圖；圖3為本發(fā)明應(yīng)用于實時步幅求取中的峰值捕獲方法流程圖； 圖4為本發(fā)明方法中步行者在行走、靜止和不規(guī)則運動時加速度計采樣信 號的波形圖；圖5為本發(fā)明方法中對w個加速度輸出值進行快速傅立葉變換運算后的頻 率分布圖；圖6為本發(fā)明方法中步行者在行走、靜止和不規(guī)則運動時加速度計采樣信 號的能量曲線；圖7為本發(fā)明方法中對450個加速度計原始采樣信號使用滑動平均法平滑 后的效果圖；圖8為本發(fā)明方法中對450個使用滑動平均法平滑后的加速度計采樣信號進行峰值捕獲后的效果圖；圖9為本發(fā)明方法中步行者步頻與步幅關(guān)系曲線；圖IO為本發(fā)明方法具體實施的效果圖；圖ll為本發(fā)明方法具體實施的誤差分析圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。本實施例的測試場地為上海浦東新區(qū)的一塊長方形建筑儲備地周圍的林蔭 路，如圖10所示，為比較本實施方法的定位效果，實驗者同時裝備有GPS接收 機，天線置于肩部。在本實施例的整個測試過程中，步行者共行走1440米，歷 時21分06秒。如圖2所示，本實施例包括如下步驟步驟一，安裝傳感器，并由傳感器采集數(shù)據(jù)傳感器包括加速度計和電磁羅 盤，加速度計負責測量步行者振動特征，用于識別步行者的運動狀態(tài)和求取步幅；電磁羅盤負責測量步行者的行走航向角，用于求取步行者最終實時經(jīng)緯度。本實施例中所使用的傳感器終端的核心芯片為旭化成AK8976微機電系統(tǒng)芯 片，該芯片同時集成了加速度計和電磁羅盤。內(nèi)嵌加速度計精度為土22wg,采 樣頻率為64/fe，即/5=64，內(nèi)嵌電磁羅盤具有偏移磁場補償因子土2.0附r，采樣 頻率為8/fe 。如圖l所示，集成了電磁羅盤和加速度計的終端安裝在步行者腰間。 步驟二，根據(jù)步驟一中所安裝加速度計的測量值識別步行者運動狀態(tài)，具體為第一步，截取步驟一中所安裝加速度計的w個加速度輸出值并對其進行快速 傅立葉變換(FFT)，可以得到w個頻率分量/,,/ = 1,2，.』為步行者動作識別積累足夠的樣本，其中w的取值與加速度計的采樣頻率,有關(guān)，單個或很少的樣本數(shù)會給能量求取帶來困難，但w取值過大又會影響本發(fā)明所提供方法的實時性。 本實施例中w = 4/; =256 ，對w個加速度輸出值進行快速傅立葉變換(FFT)的結(jié)果如圖5所示，不同的頻率分量具有不同的幅值大小，圖中所截取的w個加速度值正好對應(yīng)了步行者的行走狀態(tài)，因此幅值最大的頻率分量是步行者當時的 近似步頻，即圖中用圓圈標記的頻率分量，記為/ 。第二步，從加速度計的輸出信號中，為動作識別提取特征將加速度輸出值的頻率能量作為動作識別的特征，并計算w個加速度輸出值的能量i;，具體為~一，其中/,為第一步中快速傅立葉變換后的各頻率分量。第三步，根據(jù)第二步中所求取的能量進行動作識別對第二步中的能量￡進行判斷，具體為判斷&m《五〈e^是否成立，其中^n和e^分別為步行者行走能量的最低和最高閾值，可根據(jù)某一類步行者的行走動作特性調(diào)整，如上述判斷成立，則該w個加速度輸出值所覆蓋的時間里步行者處于行走狀態(tài)，該w個 加速度輸出值保存并用于步驟三中；如不成立，則該"個加速度輸出值所覆蓋的時間里步行者不處于行走狀態(tài)，丟棄該w個加速度輸出值，并返回第一步。動作識別的目的是區(qū)分開步行者的三類動作行走、停止和不規(guī)則運動，三 類動作的加速度樣本如圖4所示，當步行者處于步行狀態(tài)時，加速度計的輸出 較為規(guī)則，為近似周期信號；當步行者處于靜止狀態(tài)時，加速度計的輸出閾值較 低；當步行者處于不規(guī)則運動時，加速度計輸出變得雜亂無章，也無法直接依據(jù) 幅值和其它兩種狀態(tài)下的加速度計輸出相區(qū)別。使用頻率能量作為特征能夠較好 地識別出不規(guī)則運動，這是簡單的加速度幅值閾值分類法做不到的。三類動作的能量特征樣本如圖6所示，圖中給出的是分別對步行者192秒 的三類動作的加速度信號提取頻率能量的結(jié)果，可以看出，三類動作的頻率能量 區(qū)別較為明顯，靜止時的能量在20以下，行走時的能量介于80和140之間，不 規(guī)則運動時能量在155和680之間，分別取能量的最低閾值和最高閾值為75和 150，即^11)=75， eraax=150，就可以將步行者的行走狀態(tài)識別出來。在本實施例所測試的21分06秒內(nèi)，步行者因躲避行人和路面的積水，伴有 停止、跳躍和晃動身體等動作，加速度計共輸出81112個采樣信號，其中，步行 者處于步行狀態(tài)時的采樣信號為71424個，使用該步方法進行動作識別，識別出 的步行者處于步行狀態(tài)的采樣信號為70400個，識別率為98. 57%。步驟三，對n個加速度輸出值進行平滑處理，并捕獲加速度輸出值的峰值， 得到步行者實時步幅，具體為第一步，使用滑動平均法對已在步驟二中識別表征步行者行走狀態(tài)的"個加 速度輸出值進行平滑處理，滑動平均法是指對于第/個輸出值，其平滑的結(jié)果為 第/-附到第z' + w個輸出值的平均值。使噪聲較大的加速度輸出值有效平滑，降 低加速度輸出值峰值捕獲的誤差。如圖7所示，點劃線波形為加速度計輸出的原始輸出值，粗直線波形為滑動 平均法平滑后的結(jié)果，很顯然平滑后的加速度輸出波形更為規(guī)則。第二步，對加速度計信號進行峰值捕獲，具體為提取步驟二中對W個表征 步行者處于行走狀態(tài)的加速度輸出值進行快速傅立葉變換后幅值最大的頻率分 量/ (如圖5中的圓圈所指示的幅度最大的頻率分量)，確定用于對"個平滑處理后的加速度輸出值峰值捕獲的滑動窗長度為丄=+，其中，x為加速度計采樣頻率，并使用該滑動窗對平滑后的加速度樣本進行峰值捕獲。 如圖3所示，所述進行峰值捕獲，包括如下具體步驟① 將一個靠近滑動窗頭部的未包括在滑動窗中的樣本移入滑動窗；② 將一個靠近滑動窗尾部的已包括在滑動窗中的樣本移出該滑動窗；③ 判斷該滑動窗中心處的樣本是否大于其它的加速度輸出值；④ 如果滿足上一步的條件，則認為捕獲到了一個潛在的峰值，如果不滿足則 返回步驟①，繼續(xù)移動該滑動窗中的樣本進行峰值捕獲，注意，這里所捕獲到的 峰值僅是潛在峰值，誤捕獲仍有可能發(fā)生，還需進行時間間隔校驗。第三步，判斷所捕獲到的潛在峰值是否滿足時間間隔要求，具體為判斷s,-7;w〉l是否成立，其中，7;,和7;一,分別為本次與上一次所捕獲到的加速度峰值的采樣時間，r皿為兩個峰值間的最短時間閾值，rmm= + ，如成立，則保存實時步頻尸=^^"~用于求取實時步幅；如不成立，則丟棄該次捕獲結(jié)果， 71 —71并返回第二步中的操作，繼續(xù)對平滑處理后的加速度樣本進行峰值捕獲。本實施例的實時步頻估計中，兩個相鄰加速度輸出值峰值間的時間間隔為一個步子的周期，再由此周期求取步頻，因此，相鄰兩步的步頻是不一定相同的。 如圖8所示，為對450個使用滑動平均法平滑后的加速度計采樣信號進行峰值捕獲后的效果，圓圈所指示的為捕獲到的加速度采樣的峰值，兩相鄰圓圈間的時間為一個步子的周期。在本實施例中步行者實際共走了 2196步，使用本步 所述的峰值捕獲的方法，實際共捕獲2175步，捕獲率為99. 1%第四步，利用步行者的實時步頻F求取實時步幅，其關(guān)系式具體為實時步幅<<formula>formula see original document page 13</formula>，實時步頻與實時步幅的關(guān)系式 0.9325 2.45《F < +oo經(jīng)多次實驗測得，對于年齡在15 65歲，身高在150 185厘米的東方人，具有 良好的精度。在某一區(qū)間內(nèi)，步幅隨步頻的增長而增長，事實上，上面的關(guān)系式是由非線 性關(guān)系式近似的結(jié)果，非線性關(guān)系式和線性關(guān)系式的擬合曲線如圖9所示，其中， 圓圈為對100次步行者步頻與步幅的采樣點，實線為根據(jù)這些采樣點擬合出的步 頻與步幅的非線性關(guān)系，虛線為近似的線性關(guān)系。步驟四，根據(jù)電磁羅盤的航向角和步行者的實時步幅，得到步行者所處位置 的經(jīng)緯度。具體為第一步，使用滑動平均法對安裝在步行者身體上的電磁羅盤輸出的航向角樣 本進行平滑處理；第二步，使用平滑處理后的航向角樣本和步驟二中得到的步行者實時步幅， 并根據(jù)地球模型求取步行者所處位置的經(jīng)緯度坐標，具體為下一采樣時刻的步行者所處位置的緯度Pw與本采樣時刻步行者所處位置的緯度p,間的關(guān)系為A+1=^+2.C0SJ，下一采樣時刻步行者所處位置的經(jīng)度義,+1與本采樣時刻步行者所處位置的經(jīng)度 /1, 間的關(guān)系為 <formula>formula see original document page 13</formula>其中^為滑動平均法平滑后 的航向角，S為實時步幅，i 為地球半徑。本實施例中，步行者所處位置的實時經(jīng)緯度求取的結(jié)果轉(zhuǎn)化為kml文件，并 在Google Earth (谷歌地圖)上打點顯示，結(jié)果如圖10所示，黑色的線為步 行者實際走過的軌跡，白色的線為GPS輸出經(jīng)緯度的軌跡，點劃線為使用本實施 例方法求取的步行者所處的實時經(jīng)緯度軌跡。全過程的誤差分析如圖ll所示，圖中實線為GPS輸出經(jīng)緯度的誤差隨步行者移動距離變化的曲線，點劃線為使用 本發(fā)明所提供方法求取的步行者所處位置的實時經(jīng)緯度的誤差隨步行者移動距 離變化的曲線，依據(jù)圖10和圖11，可對本實施例結(jié)果分析如下在步行者經(jīng) 歷21分06秒并行走1440米后，本方法的最終積累誤差為31. 5米，誤差的標準 差為9.78米，在圖10中的A、B段(與圖11中的AB段相對應(yīng))所行走的路徑 中，因為林蔭路上的植被遮擋，GPS定位有較大的誤差，平均誤差達15.8米， 但本實施例方法的定位效果在該段路程中平均誤差為4.8米，在圖10中的C、D 段(與圖11中的CD段相對應(yīng))所行走的路徑中，隨著本方法應(yīng)用持續(xù)的時間 增長，積累誤差變大，而且測試地的電磁干擾在CD段突出顯現(xiàn)，使電磁羅盤的 輸出混入較大噪聲。這說明在短時間內(nèi)，本實施例方法的精度優(yōu)于GPS，在GPS 信號受到遮擋，或出現(xiàn)明顯多路徑效應(yīng)時，本實施例方法的優(yōu)勢得以顯現(xiàn)。事實 上，在產(chǎn)品級的應(yīng)用中本實施例方法大多與GPS相互補充，比如當GPS信號質(zhì)量 較好時，使用當前的GPS輸出的經(jīng)緯度作為本方法經(jīng)緯度求取的新的起點。綜上， 本實施例所提出的方法具有良好的實用性、易實現(xiàn)性和定位效果。
權(quán)利要求
1、一種適用于步行者的定位方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，安裝傳感器，并由傳感器采集數(shù)據(jù)傳感器包括加速度計和電磁羅盤，加速度計負責測量步行者振動特征，用于識別步行者的運動狀態(tài)和求取步幅；電磁羅盤負責測量步行者的行走航向角，用于求取步行者所處位置的實時經(jīng)緯度；步驟二，根據(jù)加速度計的輸出值識別步行者運動狀態(tài)；步驟三，對加速度輸出值進行平滑處理，并捕獲加速度輸出值的峰值，得到步行者實時步幅；步驟四，根據(jù)電磁羅盤的航向角和步行者的實時步幅，得到步行者所處位置的經(jīng)緯度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述加速 度計安裝在步行者身體的除手臂之外的多個部位，電磁羅盤安裝在步行者的腰 部、肩部，或者由步行者水平手持。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述 加速度計為單軸、雙軸或三軸，其任一軸可任意朝向。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述識別 步行者運動狀態(tài)，通過以下步驟實現(xiàn)第一步，截取步驟一中加速度計的W個輸出值并對這些輸出值進行快速傅立 葉變換，其中n的取值與加速度計的采樣頻率有關(guān)；第二步，求取該w個加速度輸出值的能量，該能量是第一步中w個加速度計 輸出值快速傅立葉變換后的各頻率分量模的歸一化的和；第三步，判斷步行者是否處于行走運動，具體為判斷該打個加速度輸出值 的能量是否在最低能量閾值和最高能量閾值之間，如成立，則該"個加速度輸出 值所覆蓋的時間里步行者處于行走狀態(tài)，該"個加速度輸出值保存并用于求取實 時步幅；如不成立，則該n個加速度輸出值所覆蓋的時間里步行者不處于行走狀 態(tài)，丟棄該M個加速度輸出值，并返回第一步的操作，其中步行者行走最低能量 閾值和最高能量閾值，根據(jù)步行者的運動特性進行調(diào)整。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述得到 步行者實時步幅，通過以下步驟實現(xiàn)第一步，使用滑動平均法對"個加速度輸出值進行平滑處理，滑動平均法是 指對于第^個輸出值，其平滑的結(jié)果為第Z'-m到第i + W個輸出值的平均值；第二步，使用長度可變的滑動窗捕獲平滑處理后的加速度輸出值的峰值；第三步，判斷峰值捕獲后的結(jié)果是否滿足時間間隔的要求，具體為判斷本 次與上一次所捕獲到的峰值的采樣時間差值是否大于最小時間間隔閾值，如成 立，則保存該差值并用于第四步，該差值為步行者當前步子的周期的，該差值的 倒數(shù)為步行者實時步頻F;如不成立則丟棄該次捕獲結(jié)果，并返回第二步，繼續(xù) 對平滑處理后的加速度輸出值進行峰值捕獲，其中，峰值最小時間間隔閾值通過 對W個加速度輸出值進行快速傅立葉變換后幅值最大的頻率分量來確定；第四步，利用步行者的實時步頻F求取實時步幅，具體如下實時步幅S0.4375 0<"1.35 0.45F_0.17 1.35 <F< 2.45 0.9325 2.45^<+00
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述捕獲加速度輸出值的峰值，包括如下具體步驟① 將一個靠近滑動窗頭部的未包括在滑動窗中的樣本移入滑動窗；② 將一個靠近滑動窗尾部的已包括在滑動窗中的樣本移出該滑動窗；③ 判斷該滑動窗中心處的加速度輸出值是否大于其它的樣本；④ 如果滿足第③步的條件，則認為捕獲到了一個潛在的峰值，如果不滿足則 返回步驟①，繼續(xù)移動該滑動窗中的樣本進行峰值捕獲，這里所捕獲到的峰值僅 是潛在峰值，誤捕獲仍有可能發(fā)生，還需進行時間間隔校驗。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述滑動窗，其長度根據(jù)加速度計的采樣頻率和對"個加速度輸出值進行快速傅立葉 變換后幅值最大的頻率分量來確定。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于步行者的定位方法，其特征是，所述求取n力川個加速度輸出值的能量，具體為^，其中/,為快速傅立葉變換后的管之間、外套管外壁與殼體內(nèi)壁三個介質(zhì)通道，其中內(nèi)管管腔走一種介質(zhì)， 內(nèi)外管之間的通道走另一種介質(zhì)，外套管外壁與殼體內(nèi)壁之間的通道走第三 種介質(zhì)，內(nèi)外管之間流動的介質(zhì)可以單獨與內(nèi)管管腔內(nèi)介質(zhì)或單獨與外管與殼體間介質(zhì)進行換熱；也可同時與內(nèi)管管腔內(nèi)介質(zhì)和與外管與殼體間介質(zhì)進 行同步換熱，實現(xiàn)三種介質(zhì)同步復(fù)合換熱。

圖1為本發(fā)明的一種實施方案。 圖2為本發(fā)明的第二種實施方案。 圖3為本發(fā)明的第三種實施方案。 圖4為本發(fā)明的第四種實施方案。 圖5為本發(fā)明的第五種實施方案。 圖6為本發(fā)明的第六種實施方案。
具體實施方式
本發(fā)明以下將結(jié)合實施例(附圖)作進一步描述，但并不限制本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明的殼一套管式三介質(zhì)復(fù)合換熱器包括一端設(shè)置有介 質(zhì)進口、另一端設(shè)置有介質(zhì)出口的密閉殼體4，封裝在殼體內(nèi)且其兩端分別延 伸至的殼體外的換熱盤管；所述換熱盤管是由外套管5和穿裝在外套管管腔 中的內(nèi)套管6組成，且內(nèi)套管6的外徑小于外套管5的孔徑，并由內(nèi)套管6 的外壁與外套管5的內(nèi)壁之間的環(huán)形空間構(gòu)成一個介質(zhì)通道2，內(nèi)套管6的管 腔構(gòu)成另一個介質(zhì)通道3，殼體4的內(nèi)壁與外套管5的外壁構(gòu)成第三個介質(zhì)通 道l，且換熱盤管以螺旋形結(jié)構(gòu)方式封裝在殼體內(nèi)。圖2所示為本發(fā)明的第二種實施方式，該實施方式是在圖1所示結(jié)構(gòu)的 基礎(chǔ)上，在殼體4內(nèi)加裝由橫向?qū)Я靼褰M成的橫向?qū)Я餮b置7，用以增加介質(zhì) 通到1的流程長度和介質(zhì)的擾動性。圖3所示為本發(fā)明的第三種實施方式，該實施方式是在圖1所示結(jié)構(gòu)的 基礎(chǔ)上，在殼體4內(nèi)加裝由縱向?qū)Я靼褰M成的縱向?qū)Я餮b置7，用以增加介質(zhì) 通到1的流程長度和介質(zhì)的擾動性。
全文摘要
一種導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制領(lǐng)域的適用于步行者的定位方法，本發(fā)明包括識別步行者運動狀態(tài)、求取步行者實時步幅和結(jié)合航向角求取步行者所處位置的實時經(jīng)緯度三部分，步行者的方位改變主要由雙腿的運動實現(xiàn)，行走動作將帶來身體有規(guī)則的振動，通過測量與分析該振動特征，并采用針對加速度采樣的峰值捕獲方法提取步行者的實時步頻，并利用步頻與步幅的關(guān)系得到步行者的實時步幅，該實時步幅作為相鄰輸出值間步行者行走的距離，與電磁羅盤輸出的航向角相結(jié)合，并利用地球模型得到步行者所處位置的實時經(jīng)緯度。在步幅估計前對n個加速度輸出值是否表征了步行者的行走運動做出判斷，判斷依據(jù)為加速度采樣的能量。本發(fā)明可高識別率地判斷步行者是否處于行走狀態(tài)，有效提高步行者定位精度。
文檔編號G01C21/10GK101226061SQ200810033729
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者孫作雷, 張克志, 茅旭初 申請人:上海交通大學(xué)