行人导航中基于足底压力检测的零速修正方法
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1.一种行人导航中基于足底压力检测的零速修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在人体足底的前脚掌和后脚跟安装压力传感器，实时采集运动时前脚掌与后脚跟的压力值，将微型惯性测量单元即MIMU固定在人体脚部的踝关节上方，采集运动过程中的加速度和角速度信息，同时减少人体行走状态对MIMU的影响；
2)根据人体步态相位的分析，结合每个离散时刻足底压力值、加速度值、角速度值以及噪声特性设定静止区间的上、下阈值；
3)根据足底压力变化与步态变化的内在联系，结合足底压力传感器、加速度计和陀螺仪分别设定判定脚掌全部落地即静止区间的条件，并根据这些条件所进行的与操作，最终判定出静止区间；
4)零速修正在静止区间内触发卡尔曼滤波器，在检测出的静止区间内人体脚部的运动速度视为零，以此时MIMU所输出的速度值作为卡尔曼滤波器的量测量，利用卡尔曼滤波估计更多的误差参数，从而修正基于MIMU的惯性行人导航系统中的速度误差、位置误差和姿态误差。
2.根据权利要求1所述的所述的一种行人导航中基于足底压力检测的零速修正方法，其特征在于：所述步骤2)中的步态相位为行走时的支撑相位和摆动相位，由步态相位与足底受力情况内在联系的分析，可知行人处于静止区间时其支撑脚所受的力为人体总质量，根据人体体重和单位窗口内的足底平均压力值设定阈值FV；根据理想情况下静止区间内脚部的合加速度大小为G即重力加速度，且方向垂直地面向下这一特点，设定加速度幅值的判断阈值为[GV1,GV2]；根据单位窗口内平均加速度幅值与噪声特性设定加速度幅值标准差的判断阈值为GV3；根据单位窗口内角速度幅值与噪声特性设定角速度幅值的判断阈值为ωV。
3.根据权利要求1所述的所述的一种行人导航中基于足底压力检测的零速修正方法，其特征在于：所述步骤3)中，设定检测静止区间的4个判断条件分别为C1、C2、C3和C4；当行人处于静止区间内，脚掌完全贴地，前后掌均受到地面反作用力且支撑脚所受力为人体自重，因此，设定判断条件C1为
F1＝f1＞0&f2＞0
F2＝f1+f2
式中，f1为前脚掌所受力，f2为后脚跟所受力，F1表示前脚掌与后脚跟均受力时为真，否则为假，F2为前后掌总受力，判断条件C2为通过加速度模值进行判定，如下
式中，akx、aky、akz分别为加速度沿三轴方向上的分量，|ak|为加速度模值；判断条件C3根据加速度矢量的幅值方差进行判定
是k时刻的平均加速度幅值，s为平滑窗口长度，aj为加速度采样点，则k时刻加速度的幅值方差为
式中，δ(ak)为k时刻加速度的幅值标准差，GV3为判定阈值。利用角速度幅值设定判断条件C4，角速度幅值表示为
ωkx、ωky、ωkz分别表示角速度在三轴方向上的分量，|ωk|为角速度模值，则判断条件C4表达式为
对C1、C2、C3和C4条件进行与操作，最终的静止区间的判定条件为：C＝C1&C2&C3&C4，当四个条件都满足时，C记录为1，表示检测到静止区间，否则记录为0，表示脚部处于运动状态。
4.根据权利要求1所述的所述的一种行人导航中基于足底压力检测的零速修正方法，其特征在于：所述步骤4)中，通过利用步骤2)、3)所述的静态区间检测方法检测出高动态下行人导航中的静态区间，将此时刻的运动速度视为零，MIMU在静止区间输出的速度值即为MIMU的误差漂移量，以该时刻MIMU所测得的速度值作为量测量通过卡尔曼滤波对其他误差参数进行估计并修正；
卡尔曼滤波离散化后的状态方程和量测方程分别为：
式中，Xk、Xk-1分别表示k时刻、k-1时刻的状态估计；Zk为离散化系统观测矩阵；φk,k-1为离散化状态转移矩阵；Hk为离散化系统量测矩阵；Wk-1和Vk分别为离散化系统状态噪声向量和量测噪声向量；
K时刻的状态一步预测值Xk,k-1为：
Xk,k-1＝φk,k-1Xk-1
滤波增益Kk为：
k时刻状态估计值Xk为：
Xk＝Xk,k-1+Kk(Zk-HkXk,k-1)
一步预测均方误差Pk,k-1为：
估计均方误差协方差矩阵Pk,k为：
式中，Pk-1,k-1表示k-1时刻的均方误差，Qk-1表示系统噪声协方差矩阵，Rk表示量测噪声协方差矩阵，I表示单位矩阵；
通过以静止区间的速度作为量测值，利用卡尔曼滤波估计出位置、速度和姿态的状态误差后，对位置、速度和姿态信息进行补偿得到更为精确的定位信息。
行人导航中基于足底压力检测的零速修正方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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