CN106705959A - 检测移动终端航向的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测移动终端航向的方法，包括：通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；根据预置坐标系中移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统获得移动终端的旋转矩阵；根据移动终端的旋转矩阵，将预置坐标系中移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得东北天坐标系中水平面内加速度的数据；根据东北天坐标系中水平面内加速度的数据进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得移动终端的航向。本发明还公开了一种检测移动终端航向的装置。本发明移动终端无需处于固定持握姿态，能够确定移动终端的航向。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种检测移动终端航向的方法和装置。
背景技术
随着智能手机的普及和定位技术的发展，人们对基于位置服务LBS(Location-Based Service)的需求与日俱增。然而，在用户活动区域位于室内或者有建筑物遮挡的环境中时，会使得卫星定位的精度下降，从而使得作为导航定位的重要手段，全球定位系统GPS(Global Positioning System)，在室内或者有建筑物遮挡的环境中由于信号的衰减和遮挡等原因几乎无法使用。为了在室内或者有建筑物遮挡的环境中获得良好的导航定位结果，必须借助于其它定位增强技术。
步行者航位推算PDR(Pedestrian Dead Reckoning)是一种常用的室内定位技术。与其他室内定位方法相比，该方法成本较低，不需要额外设施，只需要利用行人的智能手机即可实现自主导航。该方法的主要原理是通过手机的内置传感器采集加速度和陀螺仪等惯性信息，进而推算出行人的行走方向，再结合行人自身的步长模型，从而实现行人的航位估计。其中，航向估计是PDR技术的关键，因为在行走距离长时较小的航向偏差也会造成较大的误差。现有的航向估计的方法是通过姿态和方位参考系统AHRS(Attitude HeadingReference System)获得手机的姿态，即获得手机的航向角(yaw)，俯仰角(pitch)，翻滚角(roll)等信息，然后根据手机的航向角得到行人行走的方向。该方法在固定的手持姿势下可以获得比较高的精确度。
但是由于该方法需要要求用户使用固定的手势持握手机，从而确定航向，因此需要手机的航向角与行人前进方向保持固定差值。在手机姿态不固定时(如放在口袋中或随着手臂甩动时)则无法使用或者误差较大。使得该方法只在某几种特定的场景中有效。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种检测移动终端航向的方法和装置，旨在解决需要固定移动终端的持握手势，才获得移动终端的航向的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种检测移动终端航向的方法，所述方法包括以下步骤：
通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；
根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
根据所述旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内的加速度；
根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
优选地，所述根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵的步骤包括：
当所述地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将所述移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
当所述地球磁场强度小于预设阈值时，将所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
优选地，所述根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向的步骤包括：
根据所述东北天坐标系中水平平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线；
根据预置时间内，所述角速度在预置坐标系中垂直所述加速度的旋转方向和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。
优选地，所述通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的步骤包括：
在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。
优选地，通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的频率大于50Hz。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种检测移动终端航向的装置，所述装置包括：
第一获得模块，用于通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；
第二获得模块，用于预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
第三获得模块，用于根据所述旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内的加速度；
处理模块，用于根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
优选地，所述第二获得模块包括：
第一获得单元，用于当所述地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将所述移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
第二获得单元，用于当所述地球磁场强度小于预设阈值时，将所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
优选地，所述处理模块包括：
分析单元，用于根据所述东北天坐标系中水平平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线；
确定单元，用于根据预置时间内，所述角速度在预置坐标系中垂直所述加速度的旋转方向和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。
优选地，所述第一获得模块还用于在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。
优选地，通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的频率大于50Hz。
本发明通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得所述移动终端的旋转矩阵；根据所述移动终端的旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内加速度的数据；根据所述东北天坐标系中水平面内加速度的数据进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。通过上述方式，本发明将预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度通过航姿参考系统AHRS获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵，然后将预置坐标系中的加速度转换为东北天坐标系中的加速度，利用加速度变化最大所在的直线即为移动终端航向所在直线的原理，通过主成分分析提取东北天坐标系中的加速度变化最大所在的直线作为移动终端航向所在的直线，进而确定移动终端的航向，移动终端无需处于固定的持握姿态。
附图说明
图1为本发明检测移动终端航向的方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例中根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵的细化流程示意图；
图3为本发明实施例中根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向的细化流程示意图；
图4为本发明检测移动终端航向的装置第一实施例的功能模块示意图；
图5为本发明实施例中第二获得模块的细化功能模块示意图；
图6为本发明实施例中处理模块的细化功能模块示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种检测移动终端航向的方法。
参照图1，图1为本发明检测移动终端航向的方法第一实施例的流程示意图。
在本实施例中，该检测移动终端航向的方法包括：
步骤S10，通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；
本发明主要应用于用户携带移动终端行走时，获得移动终端的航向，从而获得行人的行走方向。具体实施中可以根据本发明核心思想用于室内或者有建筑物遮挡的环境中的定位。
其中，建立预置坐标系，比如以所述移动终端所在平面为XY平面，所述移动终端左角位置为原点，所述坐标系中Z轴通过原点并垂直所述移动终端所在平面建立预置坐标系。当然原点也可以设置所述移动终端上其他地方。具体实施中还可以不以所述移动终端所在平面为XY平面，比如所述移动终端所在平面一定夹角的屏幕为XY平面，相应建立预置坐标系。
在用户携带移动终端行走过程中，可以根据用户打开检测行走方向的软件开始，通过所述移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，具体地，通过所述移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计别获取预置坐标系中对应XYZ轴的加速度、角速度和地球磁场强度，即分别获得加速度、角速度和地球磁场强度相当预置坐标系XYZ三个轴的加速度、角速度和地球磁场强度。
进一步地，在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对获得的预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。具体地，将获得的预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度通过一个截止频率为5Hz的低通滤波器，进行滤波处理，获得较纯净的加速度、角速度和地球磁场强度，以减小因抖动带来的误差。当然还可以通过其他截止频率的滤波器，或者通过本发明软件中滤波功能进行滤波，比如通过软件中卡尔曼滤波EKF(Extended Kalman Filter)算法进行滤波。
进一步地，为提高最后确定航向的结果的正确性，本实施例中通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的频率大于50Hz。当然获得数据的频率还可以是其他的频率，本领域技术人员可以理解的是采集数据的频率越大越好。
然后进入步骤S20。
步骤S20，根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
根据步骤S10获得的预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，利用航姿参考系统AHRS(Attitude Heading Reference System)，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系(大地坐标系)的旋转矩阵，所述旋转矩阵也可以描述为四元数。所述东北天坐标系为以大地为XY平面的坐标系，东北天坐标系的Z轴垂直XY平面，其中东、北方向分别对应坐标系中X、Y轴，本实施例中以开始测量时，行人迈开第一步的时刻所在位置为原点。当然也可以设置其他位置为原点，比如设置通过计步器获得行人每次迈步的位置作为原点。航姿参考系统AHRS用于提供航行姿态和信息，已经在飞机等领域广泛应用。
步骤S30，根据所述旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内的加速度；
根据步骤S20获得的所述旋转矩阵，将在步骤S10获得的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中加速度，取所述东北天坐标系中水平面内的加速度，即取所述东北天坐标系中XY平面中加速度。然后进入步骤S40。
步骤S40，根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
根据步骤S30获得的所述东北天坐标系中水平面内的加速度，对所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析。主成分分析方法已在各个领域广泛应用。提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，加速度变化最大所在的直线就可以认为是所述移动终端的航向所在的直线，然后根据加速度变化规律，一般行人在携带移动终端行走时可以分为两种情况：
一、所述移动终端放置在上衣口袋中，可以定义行人在行走过程中左右脚各迈出一步时，行人行走了一步，如果行人只左脚或右脚迈出一步，认为行人行走了半步。在行走过程中移动终端测得的加速度变化规律一般包括先变大再变小的过程；
二、所述移动终端放置在裤袋中，比如将所述移动终端放置在右脚裤袋中，此时行人行走了一步，即在行走过程中左右脚各迈出一步，移动终端只可以在右脚迈步时，测得加速度的变化。
根据获得的加速度的规律和提取加速度变化最大所在的直线，进而判断出移动终端的航向。具体实施中还可以通过其他方式判断出移动终端的航向。
为使得移动终端能够识别出行人行走的步伐和提高判断的准确性，本实施例中采用计步器判断行人行走过程中步伐和记录每步迈步的时间。在行人每行走一步时，即行人的左右脚各迈出一步，判断一次所述移动终端的航向。也就是说将行人每行走一步所花费的时间作为判断的预置时间。具体实施中还可以在行人行走两步以上时，确定移动终端的航向。在更多的实施例中也可以在每步的时间内，确定移动终端的航向时，通过多个步伐的数据再进行第二次判断，确定行人行走多个步伐时的航向，与之前获得的每步的航向进行对比和修正。
通过上述描述，本领域技术人员可以知本发明的核心思想在于利用加速度与携带移动终端的行人行走方向的关系，从而判断行人的行走方向。本领域技术人员可以根据本发明核心思想，通过其他的方式获得预置坐标系转换到东北天坐标系的旋转矩阵或者通过其他方式将预置坐标系加速度转换为东北天坐标系中加速度。具体实施中还可以将行人携带移动终端行走的运动分解为一个直线运动和一个旋转运动，直线运动可以通过加速度计测量，旋转运动则通过陀螺测量，然后根据加速度计和陀螺测量的数据进行计算获得东北天坐标系中加速度。
本发明通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得所述移动终端的旋转矩阵；根据所述移动终端的旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内加速度的数据；根据所述东北天坐标系中水平面内加速度的数据进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。通过上述方式，本发明将预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度通过航姿参考系统AHRS获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵，然后将预置坐标系中的加速度转换为东北天坐标系中的加速度，利用加速度变化最大所在的直线即为移动终端航向所在直线的原理，通过主成分分析提取东北天坐标系中的加速度变化最大所在的直线作为移动终端航向所在的直线，进而确定移动终端的航向，移动终端无需处于固定的持握姿态。
参照图2，图2为本发明实施例中根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵的细化流程示意图。
基于本发明检测移动终端航向的方法第一实施例，步骤S20可以包括：
步骤S21，当所述地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将所述移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
步骤S22，当所述地球磁场强度小于预设阈值时，将所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
本实施例中使用的航姿参考系统获得所述旋转矩阵是根据四元数微分方程求解当前姿态，并利用梯度下降法对姿态进行补偿，包括两种融合算法：在磁场干扰比较小的场所，采用9轴模式；在磁场干扰比较大的场所，采用不含有磁场强度的6轴模式。
在计算获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵之前，判断通过磁力计获得地球磁场强度是否小于预设阈值，如果地球磁场强度大于或等于预设阈值，则说明移动终端处于受磁场强度影响比较大的地方，采用9轴模式计算获得所述旋转矩阵；如果地球磁场强度小于预设阈值,，则认为移动终端处于受磁场强度影响比较小的地方，采用6轴模式计算获得所述旋转矩阵。
具体实施中如果采用惯性测量单元测量，获得所述移动终端的姿态数据，因为惯性测量单元中采用光纤陀螺或者机械陀螺精度比较高，则可以不用考虑磁场的影响。
参照图3，图3为本发明实施例中根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向的细化流程示意图。
基于本发明检测移动终端航向的方法第一实施例，步骤S40可以包括：
步骤S41，根据所述东北天坐标系中水平平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线；
步骤S42，根据预置时间内，所述角速度在预置坐标系中垂直所述加速度的旋转方向和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。
本实施例中在提取预置时间内加速度变化最大所在的直线时，利用在脚碰撞地面之前的一段时间里，手机会随着腿部的向前摆动而旋转，而旋转轴与运动方向垂直，利用这个现象和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。比如在以移动终端为参考的预置坐标系中，用Y轴所在直线为预置时间内加速度变化最大所在的直线，Y轴正方向为行走的正方向，X轴则表示为角速度的旋转轴，如果绕X轴旋转的角速度为正值，则确定所述移动终端的航向即为Y轴正方向，如果角速度为负值，则航向为Y轴负方向。
本发明进一步提供一种检测移动终端航向的装置。
参照图4，图4为本发明检测移动终端航向的装置第一实施例的功能模块示意图。
在本实施例中，该检测移动终端航向的装置包括：
第一获得模块10，用于通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度。
本发明主要应用于用户携带移动终端行走时，获得移动终端的航向，从而获得行人的行走方向。具体实施中可以根据本发明核心思想用于室内或者有建筑物遮挡的环境中的定位。
其中，建立预置坐标系，比如以所述移动终端所在平面为XY平面，所述移动终端左角位置为原点，所述坐标系中Z轴通过原点并垂直所述移动终端所在平面建立预置坐标系。当然原点也可以设置所述移动终端上其他地方。具体实施中还可以不以所述移动终端所在平面为XY平面，比如所述移动终端所在平面一定夹角的屏幕为XY平面，相应建立预置坐标系。
在用户携带移动终端行走过程中，可以根据用户打开检测行走方向的软件开始，通过所述移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，具体地，通过所述移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计别获取预置坐标系中对应XYZ轴的加速度、角速度和地球磁场强度，即分别获得加速度、角速度和地球磁场强度相当预置坐标系XYZ三个轴的加速度、角速度和地球磁场强度。
进一步地，在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对获得的预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。具体地，将获得的预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度通过一个截止频率为5Hz的低通滤波器，进行滤波处理，获得较纯净的加速度、角速度和地球磁场强度，以减小因抖动带来的误差。当然还可以通过其他截止频率的滤波器，或者通过本发明软件中滤波功能进行滤波，比如通过软件中卡尔曼滤波EKF(Extended Kalman Filter)算法进行滤波。
进一步地，为提高最后确定航向的结果的正确性，本实施例中通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的频率大于50Hz。当然获得数据的频率还可以是其他的频率，本领域技术人员可以理解的是采集数据的频率越大越好。
第二获得模块20，用于预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
根据第一获得模块10获得的预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，利用航姿参考系统AHRS(Attitude Heading ReferenceSystem)，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系(大地坐标系)的旋转矩阵，所述旋转矩阵也可以描述为四元数。所述东北天坐标系为以大地为XY平面的坐标系，东北天坐标系的Z轴垂直XY平面，其中东、北方向分别对应坐标系中X、Y轴，本实施例中以开始测量时，行人迈开第一步的时刻所在位置为原点。当然也可以设置其他位置为原点，比如设置通过计步器获得行人每次迈步的位置作为原点。航姿参考系统AHRS用于提供航行姿态和信息，已经在飞机等领域广泛应用。
第三获得模块30，用于根据所述旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内的加速度。
根据第二获得模块20获得的所述旋转矩阵，将在步骤S10获得的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中加速度，取所述东北天坐标系中水平面内的加速度，即取所述东北天坐标系中XY平面中加速度。
处理模块40，用于根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
根据第三获得模块30获得的所述东北天坐标系中水平面内的加速度，对所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析。主成分分析方法已在各个领域广泛应用。提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，加速度变化最大所在的直线就可以认为是所述移动终端的航向所在的直线，然后根据加速度变化规律，一般行人在携带移动终端行走时可以分为两种情况：
一、所述移动终端放置在上衣口袋中，可以定义行人在行走过程中左右脚各迈出一步时，行人行走了一步，如果行人只左脚或右脚迈出一步，认为行人行走了半步。在行走过程中移动终端测得的加速度变化规律一般包括先变大再变小的过程；
二、所述移动终端放置在裤袋中，比如将所述移动终端放置在右脚裤袋中，此时行人行走了一步，即在行走过程中左右脚各迈出一步，移动终端只可以在右脚迈步时，测得加速度的变化。
根据获得的加速度的规律和提取加速度变化最大所在的直线，进而判断出移动终端的航向。具体实施中还可以通过其他方式判断出移动终端的航向。
为使得移动终端能够识别出行人行走的步伐和提高判断的准确性，本实施例中采用计步器判断行人行走过程中步伐和记录每步迈步的时间。在行人每行走一步时，即行人的左右脚各迈出一步，判断一次所述移动终端的航向。也就是说将行人每行走一步所花费的时间作为判断的预置时间。具体实施中还可以在行人行走两步以上时，确定移动终端的航向。在更多的实施例中也可以在每步的时间内，确定移动终端的航向时，通过多个步伐的数据再进行第二次判断，确定行人行走多个步伐时的航向，与之前获得的每步的航向进行对比和修正。
通过上述描述，本领域技术人员可以知本发明的核心思想在于利用加速度与携带移动终端的行人行走方向的关系，从而判断行人的行走方向。本领域技术人员可以根据本发明核心思想，通过其他的方式获得预置坐标系转换到东北天坐标系的旋转矩阵或者通过其他方式将预置坐标系加速度转换为东北天坐标系中加速度。具体实施中还可以将行人携带移动终端行走的运动分解为一个直线运动和一个旋转运动，直线运动可以通过加速度计测量，旋转运动则通过陀螺测量，然后根据加速度计和陀螺测量的数据进行计算获得东北天坐标系中加速度。
本发明通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得所述移动终端的旋转矩阵；根据所述移动终端的旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内加速度的数据；根据所述东北天坐标系中水平面内加速度的数据进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。通过上述方式，本发明将预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度通过航姿参考系统AHRS获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵，然后将预置坐标系中的加速度转换为东北天坐标系中的加速度，利用加速度变化最大所在的直线即为移动终端航向所在直线的原理，通过主成分分析提取东北天坐标系中的加速度变化最大所在的直线作为移动终端航向所在的直线，进而确定移动终端的航向，移动终端无需处于固定的持握姿态。
参照图5，图5为本发明实施例中第二获得模块的细化功能模块示意图。
基于本发明检测移动终端航向的方法第一实施例，第二获得模块20可以包括：
第一获得单元21，用于当所述地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将所述移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
第二获得单元22，用于当所述地球磁场强度小于预设阈值时，将所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
本实施例中使用的航姿参考系统获得所述旋转矩阵是根据四元数微分方程求解当前姿态，并利用梯度下降法对姿态进行补偿，包括两种融合算法：在磁场干扰比较小的场所，采用9轴模式；在磁场干扰比较大的场所，采用不含有磁场强度的6轴模式。
在计算获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵之前，判断通过磁力计获得地球磁场强度是否小于预设阈值，如果地球磁场强度大于或等于预设阈值，则说明移动终端处于受磁场强度影响比较大的地方，采用9轴模式计算获得所述旋转矩阵；如果地球磁场强度小于预设阈值,，则认为移动终端处于受磁场强度影响比较小的地方，采用6轴模式计算获得所述旋转矩阵。
具体实施中如果采用惯性测量单元测量，获得所述移动终端的姿态数据，因为惯性测量单元中采用光纤陀螺或者机械陀螺精度比较高，则可以不用考虑磁场的影响。
参照图6，图6为本发明实施例中处理模块的细化功能模块示意图。
基于本发明检测移动终端航向的方法第一实施例，处理模块40可以包括：
分析单元41，用于根据所述东北天坐标系中水平平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线。
确定单元42，用于根据预置时间内，所述角速度在预置坐标系中垂直所述加速度的旋转方向和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。
本实施例中在提取预置时间内加速度变化最大所在的直线时，利用在脚碰撞地面之前的一段时间里，手机会随着腿部的向前摆动而旋转，而旋转轴与运动方向垂直，利用这个现象和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。比如在以移动终端为参考的预置坐标系中，用Y轴所在直线为预置时间内加速度变化最大所在的直线，Y轴正方向为行走的正方向，X轴则表示为角速度的旋转轴，如果绕X轴旋转的角速度为正值，则确定所述移动终端的航向即为Y轴正方向，如果角速度为负值，则航向为Y轴负方向。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种检测移动终端航向的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；
根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
根据所述旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内的加速度；
根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵的步骤包括：
当所述地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将所述移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
当所述地球磁场强度小于预设阈值时，将所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向的步骤包括：
根据所述东北天坐标系中水平平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线；
根据预置时间内，所述角速度在预置坐标系中垂直所述加速度的旋转方向和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的步骤包括：
在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的频率大于50Hz。
6.一种检测移动终端航向装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获得模块，用于通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；
第二获得模块，用于预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统AHRS获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
第三获得模块，用于根据所述旋转矩阵，将预置坐标系中所述移动终端的加速度投影到东北天坐标系，获得所述东北天坐标系中水平面内的加速度；
处理模块，用于根据所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二获得模块包括：
第一获得单元，用于当所述地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将所述移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
第二获得单元，用于当所述地球磁场强度小于预设阈值时，将所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：
分析单元，用于根据所述东北天坐标系中水平平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内加速度变化最大所在的直线；
确定单元，用于根据预置时间内，所述角速度在预置坐标系中垂直所述加速度的旋转方向和预置时间内加速度变化最大所在的直线确定所述移动终端的航向。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获得模块还用于在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。
10.如权利要求6-9中任一项所述的装置，其特征在于，通过移动终端中加速度计、陀螺仪和磁力计分别获取预置坐标系中所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度的频率大于50Hz。
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