CN106352875A - 一种基于航位推算的导航系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于航位推算的导航系统及方法，涉及导航领域。其特征在于，所述系统包括：中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于无线发射器、卫星接收器芯片和标准监视逻辑处理器；所述标准监视逻辑处理器分别信号连接于行走距离计算模块、用户行为转换模块、加速度传感器、陀螺仪、磁强仪和压力传感器。本发明具有实时性强、定位准确和智能化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及导航领域，特别涉及一种基于航位推算的导航系统及方法。
背景技术
定位是感知应用的一个重要属性。在室内环境中，如果位置信息可用并非常可靠，有更多的应用场景可以实现的。行人航位推算(PDR) 就是这样一种技术，在室内环境中可提供行人航位信息并提高定位可靠性。惯性传感器、磁力计和压力传感器是航位推算应用中必不可少的传感器组件，用之可大幅提升导航性能，这些器件的功耗必须极低，这样才能始终保持开启模式并提供数据用于航位推算应用。实现随时随地定位的目标离不开高品质的MEMS传感器和高性能的行人航位推算算法。
今天几乎每一台智能手机内部都有一个这样的卫星接收器芯片，可实现各种与位置相关的移动服务，其中包括导航、兴趣点搜索和地图。用户开始期待他们的设备在所有环境中都能提供位置信息，但是他们通常忽略卫星信号是不能穿透商厦和候机楼的墙壁和屋顶这个事实。建筑材料会使全球导航卫星系统信号衰减变弱，即使高灵敏度接收器也无法在室内收到定位信息。
目前业内正在开发不同的行人航位推算解决方案，大都采用无线发射器充当信标，利用三角测量法计算接收器的位置。这些解决方案利用室内环境中的Wi-Fi接入点(AP)定位。类似的解决方案还包括使用蓝牙发射器、GSM和其它手机发射器或专用信标，例如Nextnavfor室内定位设备。这些技术整合运用服务器等基础设施传送的辅助GPS/GLONASS数据、星历扩展数据和Wi-Fi接入点(AP)位置数据。此外，还有一种使用MEMS传感器(加速度计、磁力计、陀螺仪和高度计)计算位置数据的室内导航技术。今天几乎所有的智能手机、平板电脑、数码相机、健身产品等便携消费电子产品都配有MEMS传感器。这些传感器配合行人航位推算(PDR) 技术能够确定用户位置。每项室内定位技术都有其长处和短板。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种基于航位推算的导航系统及方法，本发明具有实时性强、定位准确和智能化等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述系统包括：中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于无线发射器、卫星接收器芯片和标准监视逻辑处理器；所述标准监视逻辑处理器分别信号连接于行走距离计算模块、用户行为转换模块、加速度传感器、陀螺仪、磁强仪和压力传感器。
所述行走距离计算模块包括：用于统计加速度变化频率的频次统计单元；所述频次统计单元信号连接于用于输入人体身高数值的身高设置单元；所述身高设置单元信号连接于用于根据身高设置单元的数据信息和频次统计单元统计到的频次数据，得出人体的行走距离。
所述用户行为转换模块包括：载物位置确定模块和角度信息转换单元；所述载物位置确定模块，用于根据压力传感器发送过来的数据信息得出
所述中央处理器包括：路径计算模块和闪存；所述闪存信号连接于路径计算模块，用于暂存各个模块发送过来的数据信息；所述路径计算模块，用于根据闪存中的数据信息得出用户的行走路径。
所述标准监视逻辑处理器包括：用于对加速传感器获取的数据信息进行处理的加速度标准监视逻辑处理器；用于对陀螺仪获取的数据信息进行处理的陀螺仪标准监视逻辑处理器；用于对磁强仪进行处理的磁强仪标准监视逻辑处理器。
一种基于航位推算的导航系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：加速度传感器获取人体前进过程中的加速度数据信息；陀螺仪获取人体的角速度数据信息；磁强仪获取磁场强度的变化信息；压力传感器获取压力数据信息；
步骤2：标准监视逻辑处理器对接收到的数据信息对接收到的数据信息进整合和滤波，将滤波后的数据信息发送到行走距离计算模块和用户行为转换模块；
步骤3：用户行为转换模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走方向；
步骤4：行走距离计算模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走距离；
步骤5：中央处理器根据卫星接收器芯片发送过来的定位信息得出用户的绝对位置；根据绝对位置和各个模块发送过来的数据信息得出用户的行走路径。
所述中央处理器进行行人航位推算的方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器根据接收到的数据信息根据如下公式得出用户的位移和航向：
;
;
其中， 为位移； 航向；
步骤2：在人体步伐间隔期间，假设速度和航向是常量，将上述公式改写为： Q;
;
根据在t-1时最后一次已知的用户绝对位置，以及从t-1到t的步长；从时间t-1开始的航向 可以算出新位置相对已知位置 , 的坐标 。
所述中央处理器进行行人定位的方法包括以下步骤：
步骤2：无线传感器发送信号到附近的无线接收器；
步骤1：确定接受信号强度和信号传输距离关系为：
;其中RSSI是接收信号强度，D是周发节点之间的距离，n是信号传播因子；EAF是环境因子；
步骤2：设读写器三个位置为： 利用如下公式计算出待定位标签的坐标计算公式：
步骤3：得出标签的坐标位置为：
。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
1：可靠性高：本发明的导航系统采集了用户多个维度的数据信息，包括用户的加速度数据信息，压力数据休息和角度数据信息，保证了最终结果的可靠性。
2、结构简单：本发明的导航系统各个模块间的连接关系简单，各个模块可以单独生产制造，适用于工业化生产，提高了产品的实用性和降低了产品的成本。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
1、实时性强：本发明的导航系统实时性非常强，通过多个传感器实时获取用户的及时信息，进而根据这些信息推算出用户端的运行轨迹，从而给用户提供导航，实时性非常强。
2、定位准确：本发明的导航系统对接收到的定位信息作为绝对位置，在绝对位置上基于用户的行为，计算出用户的轨迹，再进行导航，比起直接通过GPS导航的精度更高，准确性更高。
3、智能化：本发明的导航系统对于用户的导航实现全程智能化，根据用户身高的不同，制定不同行走计算策略，使得导航过程更加智能化。
4：可靠性高：本发明的导航系统采集了用户多个维度的数据信息，包括用户的加速度数据信息，压力数据休息和角度数据信息，保证了最终结果的可靠性。
5、结构简单：本发明的导航系统各个模块间的连接关系简单，各个模块可以单独生产制造，适用于工业化生产，提高了产品的实用性和降低了产品的成本。
附图说明
图1是本发明的一种基于航位推算的导航系统及方法的系统结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有防跌倒方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明实施例1中提供了一种基于航位推算的导航系统，系统结构如图1所示：
一种基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述系统包括：中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于无线发射器、卫星接收器芯片和标准监视逻辑处理器；所述标准监视逻辑处理器分别信号连接于行走距离计算模块、用户行为转换模块、加速度传感器、陀螺仪、磁强仪和压力传感器。
所述行走距离计算模块包括：用于统计加速度变化频率的频次统计单元；所述频次统计单元信号连接于用于输入人体身高数值的身高设置单元；所述身高设置单元信号连接于用于根据身高设置单元的数据信息和频次统计单元统计到的频次数据，得出人体的行走距离。
所述用户行为转换模块包括：载物位置确定模块和角度信息转换单元；所述载物位置确定模块，用于根据压力传感器发送过来的数据信息得出
所述中央处理器包括：路径计算模块和闪存；所述闪存信号连接于路径计算模块，用于暂存各个模块发送过来的数据信息；所述路径计算模块，用于根据闪存中的数据信息得出用户的行走路径。
所述标准监视逻辑处理器包括：用于对加速传感器获取的数据信息进行处理的加速度标准监视逻辑处理器；用于对陀螺仪获取的数据信息进行处理的陀螺仪标准监视逻辑处理器；用于对磁强仪进行处理的磁强仪标准监视逻辑处理器。
本发明实施例2中提供了一种基于航位推算的导航系统的方法：
一种基于航位推算的导航系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：加速度传感器获取人体前进过程中的加速度数据信息；陀螺仪获取人体的角速度数据信息；磁强仪获取磁场强度的变化信息；压力传感器获取压力数据信息；
步骤2：标准监视逻辑处理器对接收到的数据信息对接收到的数据信息进整合和滤波，将滤波后的数据信息发送到行走距离计算模块和用户行为转换模块；
步骤3：用户行为转换模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走方向；
步骤4：行走距离计算模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走距离；
步骤5：中央处理器根据卫星接收器芯片发送过来的定位信息得出用户的绝对位置；根据绝对位置和各个模块发送过来的数据信息得出用户的行走路径。
所述中央处理器进行行人航位推算的方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器根据接收到的数据信息根据如下公式得出用户的位移和航向：
;
;
其中， 为位移； 航向；
步骤2：在人体步伐间隔期间，假设速度和航向是常量，将上述公式改写为： Q;
;
根据在t-1时最后一次已知的用户绝对位置，以及从t-1到t的步长；从时间t-1开始的航向 可以算出新位置相对已知位置 , 的坐标 。
所述中央处理器进行行人定位的方法包括以下步骤：
步骤2：无线传感器发送信号到附近的无线接收器；
步骤1：确定接受信号强度和信号传输距离关系为：
;其中RSSI是接收信号强度，D是周发节点之间的距离，n是信号传播因子；EAF是环境因子；
步骤2：设读写器三个位置为： 利用如下公式计算出待定位标签的坐标计算公式：
步骤3：得出标签的坐标位置为：
。
本发明实施例3中提供了一种基于航位推算的导航系统及方法，系统结构如图1所示：
一种基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述系统包括：中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于无线发射器、卫星接收器芯片和标准监视逻辑处理器；所述标准监视逻辑处理器分别信号连接于行走距离计算模块、用户行为转换模块、加速度传感器、陀螺仪、磁强仪和压力传感器。
所述行走距离计算模块包括：用于统计加速度变化频率的频次统计单元；所述频次统计单元信号连接于用于输入人体身高数值的身高设置单元；所述身高设置单元信号连接于用于根据身高设置单元的数据信息和频次统计单元统计到的频次数据，得出人体的行走距离。
所述用户行为转换模块包括：载物位置确定模块和角度信息转换单元；所述载物位置确定模块，用于根据压力传感器发送过来的数据信息得出
所述中央处理器包括：路径计算模块和闪存；所述闪存信号连接于路径计算模块，用于暂存各个模块发送过来的数据信息；所述路径计算模块，用于根据闪存中的数据信息得出用户的行走路径。
所述标准监视逻辑处理器包括：用于对加速传感器获取的数据信息进行处理的加速度标准监视逻辑处理器；用于对陀螺仪获取的数据信息进行处理的陀螺仪标准监视逻辑处理器；用于对磁强仪进行处理的磁强仪标准监视逻辑处理器。
一种基于航位推算的导航系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：加速度传感器获取人体前进过程中的加速度数据信息；陀螺仪获取人体的角速度数据信息；磁强仪获取磁场强度的变化信息；压力传感器获取压力数据信息；
步骤2：标准监视逻辑处理器对接收到的数据信息对接收到的数据信息进整合和滤波，将滤波后的数据信息发送到行走距离计算模块和用户行为转换模块；
步骤3：用户行为转换模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走方向；
步骤4：行走距离计算模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走距离；
步骤5：中央处理器根据卫星接收器芯片发送过来的定位信息得出用户的绝对位置；根据绝对位置和各个模块发送过来的数据信息得出用户的行走路径。
所述中央处理器进行行人航位推算的方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器根据接收到的数据信息根据如下公式得出用户的位移和航向：
;
;
其中， 为位移； 航向；
步骤2：在人体步伐间隔期间，假设速度和航向是常量，将上述公式改写为： Q;
;
根据在t-1时最后一次已知的用户绝对位置，以及从t-1到t的步长；从时间t-1开始的航向 可以算出新位置相对已知位置 , 的坐标 。
所述中央处理器进行行人定位的方法包括以下步骤：
步骤2：无线传感器发送信号到附近的无线接收器；
步骤1：确定接受信号强度和信号传输距离关系为：
;其中RSSI是接收信号强度，D是周发节点之间的距离，n是信号传播因子；EAF是环境因子；
步骤2：设读写器三个位置为： 利用如下公式计算出待定位标签的坐标计算公式：
步骤3：得出标签的坐标位置为：
。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的防跌倒方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述系统包括：中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于无线发射器、卫星接收器芯片和标准监视逻辑处理器；所述标准监视逻辑处理器分别信号连接于行走距离计算模块、用户行为转换模块、加速度传感器、陀螺仪、磁强仪和压力传感器。
2.如权利要求1所述的基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述行走距离计算模块包括：用于统计加速度变化频率的频次统计单元；所述频次统计单元信号连接于用于输入人体身高数值的身高设置单元；所述身高设置单元信号连接于用于根据身高设置单元的数据信息和频次统计单元统计到的频次数据，得出人体的行走距离。
3.如权利要求1或2所述的基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述用户行为转换模块包括：载物位置确定模块和角度信息转换单元；所述载物位置确定模块，用于根据压力传感器发送过来的数据信息得出载物所述的位置。
4.如权利要求3所述的基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述中央处理器包括：路径计算模块和闪存；所述闪存信号连接于路径计算模块，用于暂存各个模块发送过来的数据信息；所述路径计算模块，用于根据闪存中的数据信息得出用户的行走路径。
5.如权利要求4所述的基于航位推算的导航系统，其特征在于，所述标准监视逻辑处理器包括：用于对加速传感器获取的数据信息进行处理的加速度标准监视逻辑处理器；用于对陀螺仪获取的数据信息进行处理的陀螺仪标准监视逻辑处理器；用于对磁强仪进行处理的磁强仪标准监视逻辑处理器。
6.一种基于权利要去1至5之一所述的基于航位推算的导航系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：加速度传感器获取人体前进过程中的加速度数据信息；陀螺仪获取人体的角速度数据信息；磁强仪获取磁场强度的变化信息；压力传感器获取压力数据信息；
步骤2：标准监视逻辑处理器对接收到的数据信息对接收到的数据信息进整合和滤波，将滤波后的数据信息发送到行走距离计算模块和用户行为转换模块；
步骤3：用户行为转换模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走方向；
步骤4：行走距离计算模块将接收到的数据信息计算得出用户的行走距离；
步骤5：中央处理器根据卫星接收器芯片发送过来的定位信息得出用户的绝对位置；根据绝对位置和各个模块发送过来的数据信息得出用户的行走路径。
7.如权利要求6所述的基于航位推算的导航系统的方法，其特征在于，所述中央处理器进行行人航位推算的方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器根据接收到的数据信息根据如下公式得出用户的位移和航向：
;
;
其中，为位移；航向；
步骤2：在人体步伐间隔期间，假设速度和航向是常量，将上述公式改写为：;
;
根据在t-1时最后一次已知的用户绝对位置，以及从t-1到t的步长；从时间t-1开始的航向可以算出新位置相对已知位置,的坐标。
8.如权利 要求6所述的基于航位推算的导航系统的方法，其特征在于，所述中央处理器进行行人定位的方法包括以下步骤：
步骤2：无线传感器发送信号到附近的无线接收器；
步骤1：确定接受信号强度和信号传输距离关系为：
;其中RSSI是接收信号强度，D是周发节点之间的距离，n是信号传播因子；EAF是环境因子；
步骤2：设读写器三个位置为：利用如下公式计算出待定位标签的坐标计算公式：
步骤3：得出标签的坐标位置为：
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109782312A (zh) * | 2017-11-10 | 2019-05-21 | 北京金坤科创技术有限公司 | 一种多源自适应室外定位方法 |
| CN111197983A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-26 | 重庆邮电大学 | 基于人体分布惯性节点矢量测距的三维位姿测量方法 |
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2016
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|---|---|---|---|---|
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| CN111197983A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-26 | 重庆邮电大学 | 基于人体分布惯性节点矢量测距的三维位姿测量方法 |
| CN111197983B (zh) * | 2020-01-15 | 2022-12-27 | 重庆邮电大学 | 基于人体分布惯性节点矢量测距的三维位姿测量方法 |
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