物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,使得為任何事物標(biāo)注時(shí)間、地點(diǎn)的標(biāo)簽變得尤為重要,人們對(duì)室內(nèi)定位的需求日益迫切。常見(jiàn)的室內(nèi)定位技術(shù)有藍(lán)牙,Wi-Fi定位技術(shù),射頻標(biāo)簽,基站定位,人行航跡推算技術(shù)等等。其中人行航跡推算技術(shù)有無(wú)需外界信號(hào)源,無(wú)需大量基礎(chǔ)設(shè)施,傳感器器件方便易得等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,但是由于傳感器本身存在零偏、隨機(jī)噪聲等誤差,行人攜帶終端相對(duì)位置不確定的問(wèn)題限制了技術(shù)的發(fā)展。本文針對(duì)上述傳感器誤差和攜帶終端相對(duì)位置變化的問(wèn)題,著重研究行人正常行走時(shí)手持智能終端,閱讀、接打電話、甩臂、跑步4種姿態(tài)下的人行航跡推算技術(shù),通過(guò)時(shí)域下分析傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差標(biāo)定,在頻域下通過(guò)巴特沃斯濾波器濾除高頻噪聲,針對(duì)外界干擾引起的磁場(chǎng)畸變,對(duì)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波,減小磁場(chǎng)畸變對(duì)航向角的影響。最后完成在四種姿態(tài)下步長(zhǎng)計(jì)算模型的修正,提出主軸與前進(jìn)軸聯(lián)合計(jì)步方法和行人航向的計(jì)算方法。本論文完成以下三個(gè)方面的工作。1.本文對(duì)智能終端自帶傳感器的原理及誤差進(jìn)行分析,靜止?fàn)顟B(tài)存在常值誤差、隨機(jī)誤差,運(yùn)動(dòng)時(shí)隨著周圍環(huán)境變化對(duì)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的干擾都會(huì)造成航向角不準(zhǔn)確或者發(fā)生突變,本文通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理完成對(duì)常值誤差標(biāo)定修正,對(duì)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波處理,提出利用修正之后的三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)與加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)結(jié)算結(jié)果與誤差標(biāo)定修正之后的陀螺儀數(shù)據(jù)求解的姿態(tài)角度進(jìn)行卡爾曼融合濾波,能夠有效抑制航向角突變,使得在手機(jī)頭部朝向不與行人航向一致時(shí)的航向角較快趨于正確值。2.本文利用SVM做分類器,運(yùn)用加速度傳感器數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行多特征的手持姿勢(shì)識(shí)別,在四種手持手機(jī)姿態(tài)下進(jìn)行特征分析,完成數(shù)據(jù)的特征提取,提出角速度的標(biāo)準(zhǔn)差,合加速度值,Y軸與Z軸的數(shù)據(jù)關(guān)系作特征向量的識(shí)別算法,正確識(shí)別率能達(dá)到93%。3.在四種姿態(tài)下對(duì)行人的步長(zhǎng),步伐數(shù),航向角進(jìn)行計(jì)算。提出了通過(guò)確定主軸與前進(jìn)軸的方式分析加速度數(shù)據(jù),可以避免在踏步,上下晃動(dòng)手機(jī),左右搖晃,靜止做單擺運(yùn)動(dòng)等類似沒(méi)有發(fā)生真正跨步的模式下的多計(jì)步問(wèn)題,此方法的計(jì)步精度可到達(dá)98%,較合加速度求解計(jì)步值算法更為精確。修正峰谷值計(jì)算步長(zhǎng)的方法,步長(zhǎng)的平均誤差在2厘米左右,利用融合濾波算法得到行人的航向。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212.9;TN713
【部分圖文】：

推算是利用傳感器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行步長(zhǎng)和航向角的判斷與計(jì)算。ＰＤＲ無(wú)外界信號(hào)逡逑源，所以推測(cè)下一位置的前提是己知當(dāng)前位置坐標(biāo)，根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)，再利用．逡逑行人行駛方向和距離下就可以利用三角函數(shù)計(jì)算出行人的下一步位置。如圖２－１逡逑所示，在己知起始點(diǎn)Ｐ０的情況下，根據(jù)人在二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，每邁步一次為直逡逑線的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，如果可以計(jì)算出ｔ到時(shí)刻運(yùn)動(dòng)方向角度ａ和一步的步長(zhǎng)６＂逡逑就可以知道ＰＮ點(diǎn)的坐標(biāo)。計(jì)算方法如式（２－１）。其中（＆．邋Ｉ）為第ｋ步位置坐標(biāo)，逡逑（＆邋＋邋１．邋Ｍ邋＋邋ｌ）為第ｋ＋１步位置坐標(biāo)，又為一步長(zhǎng)度。＆為邁第ｋ步的方向角度。逡逑Ｎｊ逡逑ｐ0ｙ１邋＾逡逑？逡逑邐？逡逑圖２－１人行航跡推算技術(shù)原理逡逑（Ｅｋ邋＋邋＼邋＝邋ＥＫ－＼－邋５＾＊ｓｉｎ（ａＡ：）邐（２１）逡逑［ＴＶｉｔ邋＋邋ｉ邋＝邋ＩＶｋ邋＋邋５＾－？ｃｏｓ（（２Ａｒ）逡逑２．３人行航跡推算技術(shù)逡逑通過(guò)行人航跡推算技術(shù)的原理可知，問(wèn)題的關(guān)鍵是在于如何求解行人的步長(zhǎng)逡逑和航向，在這個(gè)問(wèn)題中有把ＰＤＲ算法分為捷聯(lián)式行人航跡推算和非捷聯(lián)式的航跡逡逑推算，捷聯(lián)式ＰＤＲ算法多數(shù)情況下用在特定的場(chǎng)景下，完成較為緊迫特殊的任務(wù)，逡逑７逡逑

行人行走是否計(jì)步是根據(jù)人類直立行走，步伐交替，身體軀干有上下移動(dòng)的逡逑周期性變化。根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中加速度的數(shù)據(jù)最能體現(xiàn)行人行走的逡逑周期性變化。如圖２－２所示，行人連續(xù)行走垂直向加速度和前進(jìn)軸的加速度都是逡逑增大減小再增大的周期交替變化。逡逑ｋ邋Ａｄ邋ｒ％逡逑垂直加速度｜逡逑前向加速度大一｜邐ｈ逡逑圖２－２行人正常行走圖逡逑捷聯(lián)式的計(jì)步裝置為了能夠最精確的檢測(cè)加速度的變化，所以選擇最能夠反逡逑映加速度變化的位置綁定傳感器裝置例如綁定在鞋尖或者鞋跟處，如果考慮到在逡逑腳步的行走姿態(tài)會(huì)加大航向計(jì)算的難度，還有一些捷聯(lián)式的裝置綁定在人的帽子逡逑上或者腰部，同樣利用加速度的周期性變化可以完成計(jì)步。逡逑１）

３．１加速度傳感器的工作原理逡逑手機(jī)的加速度傳感器能測(cè)量物體靜止時(shí)所受的重力加速度，這與手機(jī)中加速逡逑度計(jì)的內(nèi)部工作原理，如圖３－１所示，加速度傳感器的本質(zhì)就是裝在手機(jī)內(nèi)部的逡逑一個(gè)彈簧－重物模型，它所測(cè)量的其實(shí)是手機(jī)內(nèi)部重物的加速度％。當(dāng)手機(jī)隨人體逡逑運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)因?yàn)槭芰Φ脑蛟谌苌嫌胁煌慕撬俣鹊闹怠ｅ义希诌娏诉�？Ｖ邐５邐ｖ逡逑５邋ｌ＇逡逑…邐Ｉｒ－逡逑＜ａ）水平枝芄邐（ｂ）�?jiān)丘枝Ｚ逡逑圖３－１加速度計(jì)|廡灣義希常餐勇菀塹墓ぷ髟礤義賢勇菀塹墓ぷ髟硎墻嵌渴睪�，高藘转源T耐勇藎諉揮型飭Φ淖饔緬義閑岬鬧趕蚴遣換岣謀�。三轴陀螺覐�(qiáng)賞輩舛ǎ陡齜較虻囊貧旒Ｎ恢煤圖渝義纖俁�。陀螺易l嬖誚洗蟮某Ｖ滴蟛詈退婊蟛�，时间较短蕮岥用陀螺覊q慕撬俁儒義匣智蟮瞇嵌冉銜既罰俏蟛罨崴孀攀奔溲映だ芻蟛畈荒蘢遠(yuǎn)�，辶x系賈潞較蚪羌撲憬峁徽罰栽冢粒睿洌潁錚椋湎低持脅揮猛勇菀塹氖萁薪銑ゅ義鮮奔淶姆較蚴侗穡皇搶悶潿淌奔淠詰牧槊�，例染E裕常姆段謔只畝髯鰣義霞觳�，利用陀螺仪兼@際只畝抖鰨惱帳笨梢允溝猛枷裎榷ǎ樂(lè)故值畝跺義隙跋炫惱盞男Ч齲郟玻擔(dān)蕁ｅ義希保靛義

本文編號(hào)：2832856