基于手機(jī)多傳感器數(shù)據(jù)融合的測(cè)步長(zhǎng)算法

陸文英，胡海榮

(杭州電子科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所，浙江 杭州 310018)

在室內(nèi)環(huán)境中，全球定位系統(tǒng)(Global Position System，GPS)難以提供高精準(zhǔn)的位置信息，因此室內(nèi)定位技術(shù)具有重要的研究意義[1]。測(cè)量步長(zhǎng)是室內(nèi)定位研究中的一個(gè)基本環(huán)節(jié)，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究測(cè)步長(zhǎng)方法。文獻(xiàn)[2～4]用統(tǒng)計(jì)方法分析出步幅和身高、步頻的關(guān)系，估算出步長(zhǎng)。文獻(xiàn)[5]通過(guò)圖像處理的方法，分析出位置關(guān)系，從而得出步長(zhǎng)。文獻(xiàn)[6]通過(guò)預(yù)先設(shè)置步長(zhǎng)，然后根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)得到的位置信息在線調(diào)整步長(zhǎng)。上述方法存在成本高、計(jì)算復(fù)雜、難操作的問(wèn)題。文獻(xiàn)[7～8]將傳感器固定在腳上，通過(guò)閾值判斷腳的靜止和搖擺階段，對(duì)搖擺階段水平方向上的加速度數(shù)據(jù)直接二次積分求得步長(zhǎng)。文獻(xiàn)[9]將傳感器固定在腰上，通過(guò)建立人體行走模型，對(duì)加速度傳感器獲得的垂直方向上的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分得到位移。然而，上述研究成果主要針對(duì)的是高精度的傳感器，需要額外的硬件設(shè)備。

目前，智能手機(jī)集成了多種傳感器，測(cè)量成本低、易操作，且不需要額外的硬件設(shè)備，因此越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始將手機(jī)傳感器運(yùn)用于慣性測(cè)量領(lǐng)域。當(dāng)前很多研究都是采用手機(jī)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)步，而對(duì)其進(jìn)行步長(zhǎng)測(cè)量的研究還比較少，為此本文基于手機(jī)傳感器設(shè)計(jì)了一種多傳感器數(shù)據(jù)融合的測(cè)步長(zhǎng)算法，該算法通過(guò)建立人體行走模型，采取幾何運(yùn)算得到步長(zhǎng)。為了提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文把對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行了誤差修正，將其從手機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成慣性坐標(biāo)，然后利用互補(bǔ)濾波器融合加速度計(jì)和陀螺儀兩種傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)因手機(jī)抖動(dòng)產(chǎn)生的軌跡偏移角進(jìn)行了角補(bǔ)償操作，最后進(jìn)行步長(zhǎng)計(jì)算。……