一種手機運動姿態(tài)的判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及運動姿態(tài)定位領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種手機運動姿態(tài)的判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能手機的普及和硬件的不斷升級，大部分智能手機集成了加速度計等各類 微型傳感器，使得利用手機進行步行導(dǎo)航的應(yīng)用得W實現(xiàn)。目前，通過手機傳感器對使用者 的運動姿態(tài)包括步行方向和位移進行判斷的方法主要有W下=類：
[0003] 一、航位推算法結(jié)合零速校正技術(shù)，其利用已知的初始位置W及通過積分加速度 數(shù)據(jù)得到的移動速度和方位，來推算出現(xiàn)有的位置，推算過程中結(jié)合零速校正技術(shù)降低系 統(tǒng)累計誤差。該種方法具有一定的局限性；首先，航位推算法主要應(yīng)用是在航海等大尺度 定位上，其每一步的位置是根據(jù)前一步位置推算得來，推算誤差會隨著使用時間而增大。其 次，雖然結(jié)合了零速糾正技術(shù)來降低累計誤差，但是人步行的運動姿態(tài)的隨機性和復(fù)雜度 遠高于航海，零速糾正技術(shù)對于該方法的定位精度的提高非常有限。因此，該方法的定位誤 差較大。
[0004] 二、利用手機內(nèi)置的加速度計和磁場傳感器測得的數(shù)據(jù)來計算手機的運動姿態(tài)。 該方法通過磁場和重力加速度數(shù)據(jù)計算出手機的初始姿態(tài)和朝向，W手機的某一坐標軸 (通常情況下為Y軸正向）作為步行方向依據(jù)，并結(jié)合計步算法來計算手機的實際位移，最 終確定手機的當前位置。該種方法的主要局限性在于使用者必須始終W-個固定的姿態(tài)握 持手機。例如，如果步行方向被設(shè)定為Y軸正向，那么橫握或倒持手機時步行方向判斷則會 完全錯誤。因此，該種方法的測量穩(wěn)定性較差。
[0005] =、通過對使用者步行產(chǎn)生的加速度波形進行步態(tài)分析，獲取當前步伐周期中的 減速相的一個瞬時加速度，并將其在世界坐標系水平方向上進行投影來估算前進方向。該 種方法依據(jù)瞬時加速度做方向判斷，雖然避免了累計誤差，但是由于人步行姿態(tài)的隨機性 和復(fù)雜性，該方法并不普遍適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種手機運動姿態(tài)的判定方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[000引一種手機運動姿態(tài)的判定方法，包括；
[0009] S1、根據(jù)加速度計、重力加速度計和磁場傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，計算獲得手機運 動時在世界坐標系下的實時=軸加速度；
[0010] S2、使用帶通濾波器對實時=軸加速度進行濾波，并分別對水平方向的加速度和 垂直方向的加速度進行處理后，獲得手機的步行方向向量并進行步伐計數(shù)；
[0011] S3、計算當前步伐的前進方向向量，并將水平方向的加速度在該向量方向上進行 降維處理；
[0012] S4、對當前步伐的前進方向向量進行校正后，結(jié)合步伐計數(shù)計算獲得手機當前的 位置。
[0013] 進一步，所述步驟SI,包括：
[0014] S11、根據(jù)重力加速度計和磁場傳感器采集的手機坐標系下的實時數(shù)據(jù)，計算獲得 手機坐標系與世界坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣；
[0015] S12、將轉(zhuǎn)換矩陣與加速度計采集的手機坐標系下的實時=軸加速度相乘，獲得手 機運動時在世界坐標系下的實時=軸加速度。
[0016] 進一步，所述步驟S2,包括：
[0017] S21、使用通帶為1~抓Z的帶通濾波器對實時S軸加速度進行濾波；
[0018] S22、對預(yù)設(shè)時間滑窗內(nèi)的水平方向的加速度做主成分分析后，獲得手機的步行方 向向量；
[0019] S23、根據(jù)垂直方向的加速度數(shù)據(jù)的周期性進行步伐計數(shù)；
[0020] 所述預(yù)設(shè)時間滑窗是指時間長度為一個步伐周期的時間窗口。
[0021] 進一步，所述步驟S22,其具體為：
[0022] 將預(yù)設(shè)時間滑窗內(nèi)的水平方向的X軸和Y軸的加速度數(shù)據(jù)構(gòu)成水平加速度矩陣 后，計算該矩陣的協(xié)方差矩陣，進而計算獲得協(xié)方差矩陣的特征向量及其相應(yīng)的特征值，最 后獲得協(xié)方差矩陣的最大特征值所對應(yīng)的特征向量作為手機在當前時刻的步行方向向量。
[0023] 進一步，所述步驟S3,包括：
[0024] S31、計算一個步伐周期內(nèi)的步行方向向量的平均值作為當前步伐的前進方向向 量；
[0025] S32、將水平方向的加速度在前進方向向量的方向上進行降維處理。
[0026] 進一步，所述步驟S3中所述將水平方向的加速度在該向量方向上進行降維處理 的步驟，其具體為；
[0027] 將一個步伐周期內(nèi)的水平方向的X軸和Y軸的加速度數(shù)據(jù)構(gòu)成采樣矩陣，進而將 采樣矩陣與前進方向向量相乘后，將獲得的結(jié)果作為降維后的水平方向的加速度。
[002引進一步，所述步驟S4,包括：
[0029] S41、計算垂直方向的加速度和降維后的水平方向的加速度之間的相位差，并根據(jù) 該相位差對當前步伐的前進方向向量進行校正，獲得手機的步行前進方向向量；
[0030] S42、結(jié)合步行前進方向向量和步伐計數(shù)，獲得手機當前的位置。
[0031] 進一步，所述步驟S41，其具體為：
[0032] 計算垂直方向的加速度和降維后的水平方向的加速度之間的相位差，并根據(jù)該相 位差對當前步伐的前進方向向量進行校正，若判斷垂直方向的加速度的相位領(lǐng)先于降維后 的水平方向的加速度的相位，則將前進方向向量作為手機的步行前進方向向量，反之，將前 進方向向量反相后作為手機的步行前進方向向量。
[0033] 所述步驟S42，其具體為：
[0034] 結(jié)合步行前進方向向量和步伐計數(shù)，根據(jù)下式，計算獲得手機當前的位置：
[0035]
[0036]上式中，StuaeM表示手機當前的位置，S hitw表示手機的初始位置，N表示當前的步 伐計數(shù)總值，i為自然數(shù)，Si表示手機在第i個步伐的位移，Li表示第i個步伐的長度，Vgi表示第i個步伐的步行前進方向向量。
[0037] 進一步，所述步驟Sll中所述轉(zhuǎn)換矩陣為：
[00%]
[0039] 其中，R表示轉(zhuǎn)換矩陣，W、0、r分別表示方位角、俯仰角、滾動角，且滿足下式：
[0040]
[0041] 上式中，g表示重力加速度，Gx、Gy、Gz分別表示重力加速度計采集的手機坐標系下 的X軸、Y軸和Z軸的實時數(shù)據(jù)，B,、By、B,分別表示磁場傳感器采集的手機坐標系下的X軸、 Y軸和Z軸的實時數(shù)據(jù)。
[0042] 本發(fā)明的有益效果是；本發(fā)明的一種手機運動姿態(tài)的判定方法，包括；S1、根據(jù)加 速度計、重力加速度計和磁場傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，計算獲得手機運動時在世界坐標系 下的實時=軸加速度；S2、使用帶通濾波器對實時=軸加速度進行濾波，并分別對水平方向 的加速度和垂直方向的加速度進行處理后，獲得手機的步行方向向量并進行步伐計數(shù)；S3、 計算當前步伐的前進方向向量，并將水平方向的加速度在該向量方向上進行降維處理；S4、 對當前步伐的前進方向向量進行校正后，結(jié)合步伐計數(shù)計算獲得手機當前的位置。本方法 綜合利用智能手機內(nèi)置的加速度計、重力加速度計和磁場傳感器采集的數(shù)據(jù)來進行使用者 步行狀態(tài)下手機運動姿態(tài)的判定，通過對手機在水平W及垂直方向上的加速度數(shù)據(jù)進行處 理和比較，計算出在使用者步行狀態(tài)下手機的運動姿態(tài)，有效的避免了累計誤差，精確度 高，測量穩(wěn)定性強，不需要用戶W固定姿態(tài)持握手機，并且對于不同的用戶具有良好的適用 性。
【具體實施方式】
[0043] 本發(fā)明提供了一種手機運動姿態(tài)的判定方法，包括：
[0044] S1、根據(jù)加速度計