CN103792386B - 一种步行方向检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种步行方向检测方法和装置，包括：将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向；将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频；根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度；根据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向。本发明适用范围广，得到的前进方向精度高，能够为各种惯性导航设备提供精准的方向数据。

Description

一种步行方向检测方法和装置

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种步行方向检测方法和装置。

背景技术

现有的人员定位技术分为三类：（1）基于测距的定位技术：包括GPS、基于无线信号强度的定位技术、基于声波测距的定位技术等。GPS定位需要用户携带带有GPS模块的手机或者导航仪，通过与卫星的通讯来进行定位，但是在室内没有GPS信号的地方，该技术无法使用；基于信号强度的定位技术需要无线信号设备，由于信号干扰、阻挡、多径反射等原因，无法实现高精度的定位；基于声波的定位技术通常需要特殊的超声波设备，或者需要多设备进行时间同步或通信。这些定位技术都需要锚点来辅助定位。（2）基于位置指纹的定位技术：通常需要对不同位置进行信号指纹采集，而信号指纹的不唯一、时变等特性常使得该方法无法提供精准的定位，同时该方法也只能提供房间级别的定位。（3）基于惯性导航的定位技术：用户持设备从一个已知位置出发，通过对加速度计的读数进行计算，得到用户前进的距离和方向，从而确定用户的前进路径和距离。

随着当前加速度，陀螺仪，磁场等传感器的普遍应用，大部分移动智能设备都配备了上述这些传感器，于是出现了大量基于加速度计的惯性导航技术。惯性导航技术不需要辅助锚点，不需要多设备通信，无需特殊设备部署，具有实现简单，适用范围广泛的特点。惯性导航技术广泛用于隧道内导航、各种健康相关的手机应用、智能手表、智能运动鞋等。现有的惯性导航系统利用加速度积分，步长乘以步数的方式能较准确的计算到用户的前进距离。

但是，根据以上描述可以看出，现有技术普遍着力于解决前进距离的计算，却无法准确计算人员的前进方向，导致无法为用户提供高质量的定位和导航。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明提供一种步行方向检测方法和装置，以解决现有技术中无法准确计算步行前进方向的技术问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种步行方向检测方法，包括：

将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向；

将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频；

根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度；

根据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向。

进一步地，所述将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度包括：

将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A=(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E=(a_N,a_E,a_G)^T=R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度。

进一步地，所述将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频包括：

将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a_G′；

寻找a_G′相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步；

计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，当前步频为f_ω=f_a/n。

进一步地，所述根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度包括：

利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到a_N′,a_E′，得到水平方向上的和加速度为：

进一步地，所述根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向包括：

利用a_H′最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)。

另一方面，本发明还提供一种步行方向检测装置，包括：顺序相连的坐标转换单元、重力滤波单元、水平滤波单元和步行方向检测单元，其中：

坐标转换单元，用于将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向；

重力滤波单元，用于将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频；

水平滤波单元，用于根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度；

步行方向检测单元，用于据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向。

进一步地，所述坐标转换单元还用于：

将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A=(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E=(a_N,a_E,a_G)^T=R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度。

进一步地，所述重力滤波单元包括：

滤波子单元，用于将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a′_G；

步子检测子单元，用于寻找a_G′相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步；

步频计算子单元，用于计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，当前步频为f_ω=f_a/n。

进一步地，所述水平滤波单元还用于：

利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到a_N′,a_E′，得到水平方向上的和加速度为：

进一步地，所述步行方向检测单元还用于：

利用a_H′最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)。

（三）有益效果

可见，在本发明提出的步行方向检测方法和装置中，能够对转换后重力方向的加速度进行滤波，并进行步子检测和步频计算，然后利用步频计算结果再对水平方向进行滤波，取水平方向和加速度的最大时刻来计算当前步行方向。本发明的一系列处理方法适用范围广，得到的前进方向精度高，能够为各种惯性导航设备提供精准的方向数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例步行方向检测方法的基本流程示意图；

图2是本发明一个优选实施例步行方向检测方法的流程示意图；

图3是本发明实施例步行方向检测装置的基本结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例首先提供一种步行方向检测方法，参见图1，包括：

步骤101：将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向。

步骤102：将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频。

步骤103：根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度。

步骤104：根据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向。

可见，在本发明实施例提出的步行方向检测方法中，能够对转换后重力方向的加速度进行滤波，并进行步子检测和步频计算，然后利用步频计算结果再对水平方向进行滤波，取水平方向和加速度的最大时刻来计算当前步行方向。本发明实施例的一系列处理方法适用范围广，得到的前进方向精度高，能够为各种惯性导航设备提供精准的方向数据。

在本发明的一个实施例中，优选地，将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度可以包括：

将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A=(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E=(a_N,a_E,a_G)^T=R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度。

在本发明的另一个实施例中，考虑到人的步行频率，优选地，可以将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a′_G，以使得检测结果更加精确。在滤波后得到a′_G的基础上，优选地，可以寻找它相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步。在计算当前步频时，优选地，可以计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，将当前步频表示为：f_ω=f_a/n。

在本发明的一个实施例中，在水平方向，优选地，可以利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到转换后的北、东方向上的加速度a′_N,a′_E，然后对a′_N,a′_E进行向量求和，得到水平方向上的和加速度为：

在本发明的另一个实施例中，优选地，可以根据所检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度a_H′的最大时刻t，然后利用a_H′的最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)，从而输出当前步行的方向。

下面以基于智能设备进行步行方向检测为例，来详细说明本发明一个实施例的具体实现过程，参见图2：

步骤201：将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度。

本步骤中，将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A=(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E=(a_N,a_E,a_G)^T=R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度。

步骤202：将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频。

本步骤中，考虑到人的步行频率，可以将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a′_G，以使得检测结果更加精确。

在滤波后得到a′_G的基础上，可以寻找它相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步。

在计算当前步频时，可以计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，将当前步频表示为：f_ω=f_a/n。

步骤203：根据当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度。

本步骤中，利用计算得到的当前步频f_ω，可以利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到转换后的北、东方向上的加速度a′_N,a′_E，然后对a′_N,a′_E进行向量求和，得到水平方向上的和加速度为：

步骤204：根据检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向。

本步骤中，可以根据所检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度a_H′的最大时刻t，然后利用a_H′的最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)，从而输出当前步行的方向。

至此，则完成了本发明实施例中步行方向检测方法的全过程。

本发明的一个实施例还提供了一种步行方向检测装置，参见图3，包括：

坐标转换单元301，用于将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向；

重力滤波单元302，用于将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频；

水平滤波单元303，用于根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度；

步行方向检测单元304，用于据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向。

在本发明的一个实施例中，优选地，坐标转换单元301还可以用于：将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A=(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E=(a_N,a_E,a_G)^T=R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度。

在本发明的另一个实施例中，考虑到人的步行频率，优选地，重力滤波单元302可以包括：

滤波子单元，用于将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a′_G；

步子检测子单元，用于寻找a_G′相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步；

步频计算子单元，用于计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，当前步频为f_ω=f_a/n。

在本发明的一个实施例中，优选地，水平滤波单元303还可以用于：利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到a_N′,a_E′，得到水平方向上的和加速度为：

在本发明的另一个实施例中，优选地，步行方向检测单元304还可以用于：利用a_H′最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)。

可见，本发明实施例具有如下有益效果：

在本发明实施例提出的步行方向检测方法和装置中，能够对转换后重力方向的加速度进行滤波，并进行步子检测和步频计算，然后利用步频计算结果再对水平方向进行滤波，取水平方向和加速度的最大时刻来计算当前步行方向。本发明实施例的一系列处理方法适用范围广，得到的前进方向精度高，能够为各种惯性导航设备提供精准的方向数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种步行方向检测方法，其特征在于，包括：

将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向；

将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频；

根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度；

根据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向；

其中，所述将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度包括：

将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A＝(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E＝(a_N,a_E,a_G)^T＝R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度；

其中，所述将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频包括：

将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a_G′；

寻找a_G′相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步；

计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，当前步频为f_ω＝f_a/n。

2.根据权利要求1所述的步行方向检测方法，其特征在于，所述根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度包括：

利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到a_N′,a_E′，得到水平方向上的和加速度为：

3.根据权利要求2所述的步行方向检测方法，其特征在于，所述根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向包括：

利用a_H′最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)。

4.一种步行方向检测装置，其特征在于，包括：顺序相连的坐标转换单元、重力滤波单元、水平滤波单元和步行方向检测单元，其中：

坐标转换单元，用于将当前检测到的加速度转换为以大地坐标系为参考系的加速度，所述大地坐标系包括：北、东和重力方向；

重力滤波单元，用于将转换后的重力方向上的加速度进行滤波，检测步子并计算当前步频；

水平滤波单元，用于根据所述当前步频，将转换后的北、东方向上的加速度分别进行滤波，对滤波后的北、东方向上的加速度进行向量求和，得到水平方向上的和加速度；

步行方向检测单元，用于据所述检测步子的结果确定当前步子的时间范围，找出该时间范围内水平方向上的和加速度最大时刻，根据所述最大时刻上滤波后的北、东方向的加速度，计算当前步行方向；

其中，所述坐标转换单元还用于：

将当前检测到的X，Y，Z坐标系上的加速度A＝(a_X,a_Y,a_Z)^T，转换为以大地坐标系为参考系的加速度A_E＝(a_N,a_E,a_G)^T＝R·A，a_N,a_E,a_G分别为在北、东、重力方向上的加速度，其中旋转矩阵R为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\γ}\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\γ}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right);$

α为围绕Z轴的旋转角度，β为围绕X轴的旋转角度，γ为围绕Y轴的旋转角度；

其中，所述重力滤波单元包括：

滤波子单元，用于将转换后的重力方向上的加速度a_G采用截止频率为5Hz的低通滤波器进行滤波，得到滤波后的重力方向上的加速度a_G′；

步子检测子单元，用于寻找a_G′相邻的一组穿过0点的波谷和波峰，将该波谷到下一波谷之间计为一步；

步频计算子单元，用于计算当前采样点数n，当采样频率为f_a时，当前步频为f_ω＝f_a/n。

5.根据权利要求4所述的步行方向检测装置，其特征在于，所述水平滤波单元还用于：

利用通带为[3f_ω/4,3f_ω/2]的带通滤波器对a_N,a_E分别进行滤波，得到a_N′,a_E′，得到水平方向上的和加速度为：

6.根据权利要求5所述的步行方向检测装置，其特征在于，所述步行方向检测单元还用于：

利用a_H′最大时刻t上，北、东方向的加速度a_Nt′,a_Et′，得到当前步行方向与正北之间的夹角为：tan^-1(a_Et′/a_Nt′)。