CN108132477A - 一种gps与pdr结合的定位方法及装置 - Google Patents

一种gps与pdr结合的定位方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了PDR与GPS结合的定位方法：获取定位初始GPS点；并将其作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；获取定位参考GPS点；将定位初始GPS点、定位参考GPS点间、PDR产生的坐标点进行融合；判断定位是否结束，若否，通过定位参考GPS点的位置信息及融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；将定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，新的定位初始点为下一阶段PDR的基准点，再通过PDR产生新的PDR坐标点及GPS产生新的定位参考GPS点继续融合。本发明消除了PDR自身方向偏差及GPS信号偏差所产生的轨迹不准确性，确保了定位的准确性。

Description

一种GPS与PDR结合的定位方法及装置
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种GPS与PDR结合的定位方法及装置。
背景技术
目前存在的大部分定位算法主要采用了GPS定位模式和PDR定位模式。对于现有的智能运动类穿戴终端设备而言，GPS是记录其运动轨迹并计算运动距离的主要方式，但是GPS存在功耗较大，信号受天气和周围环境影响较大(可能存在丢星或者漂点等情况而造成轨迹和距离不准确)。比如，GPS信号经过高楼的遮挡和反射等影响，虽然可能能够计算出定位结果，但定位精度往往很差，此时，如果还是采用GPS进行定位，则会导致定位精度大大降低，甚至在没有GPS信号的情况下可能出现无法定位的情况。
而PDR定位，PDR(Pedestrian Dead Reckoning，步行者航位推算)对步行者行走的步数、步长、方向进行测量和统计，推算出步行者行走轨迹，和位置等信息。具体的，PDR算法将步长估计模型输出的步长和经过校准的航向结合起来，推算出行人的相对位置。由于PDR定位不能够保证长距离的定位精度，随着PDR自身步长与方向的偏差累积，定位的精度也会越来越低。
由上可知，对于现有的智能运动类穿戴终端设备而言，GPS是记录其运动轨迹并计算运动距离的主要方式，但是GPS存在功耗较大，信号受天气和周围环境影响较大(可能存在丢星或者漂点等情况而造成轨迹和距离不准确)，因此需要PDR作为辅助来弥补GPS存在的一些不足。
对于六轴PDR算法，它可以较为准确的获取一段时间内的相对运动轨迹，因此可以通过GPS校准PDR，PDR辅助GPS，但这中间主要存在的问题就是如何减小PDR的偏差以及准确的运动方向的获取，从而实现精准的定位。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明提供一种PDR与GPS结合的定位方法及装置，具体的，技术方案如下：
一方面，本发明公开了一种PDR与GPS结合的定位方法，包括：S100获取通过GPS产生的定位初始GPS点；S200将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；S300获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；S400获取通过GPS产生的定位参考GPS点；S500将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；S600判断定位是否结束，若是，则结束定位；若否，进入步骤S700；S700通过所述定位参考GPS点的位置信息及融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；S800将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，返回步骤S300。
优选地，所述步骤S500包括：S510将所述定位初始GPS点及定位参考GPS点的GPS坐标转化为大地坐标；S520将由所述PDR产生的坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得所述PDR产生的最后一个坐标点与同时获取的所述定位参考GPS点重合；S530将处理后的PDR坐标点的大地坐标转化为GPS经纬度坐标。
优选地，所述步骤S530包括：S531设处理后的PDR点的大地坐标为(xn'，yn')，所述定位参考GPS点相对于所述定位初始GPS点的GPS坐标为(XG，YG)；
S532将所述处理后的PDR点的大地坐标(Xn'，Yn')转换为GPS坐标(X'n*β+longitude_g1，Y'n*γ+latitude_g1)；其中：β为所述定位初始GPS点与所述定位参考GPS点的经度差与XG之间的比例系数；γ为所述定位初始GPS点与所述定位参考GPS点的纬度差与YG之间的比例系数；latitude_g1为定位初始GPS点的纬度；longitude_g1为定位初始GPS点的经度。
优选地，所述步骤S700包括：S710通过对所述PDR最后一个坐标点旋转后的方向及所述定位参考GPS点的方向进行加权平均，获得方向的加权平均值；S720根据所述方向的加权平均值，对下一阶段的PDR行进方向进行设置。
优选地，在所述步骤S400之后、所述步骤S500之前还包括步骤：S450判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差是否大于预设的偏差值，若是，则进入步骤S460，否则进入步骤S500；S460判断所述定位参考GPS点为漂点，丢弃所述定位参考GPS点，返回步骤S300继续通过PDR获取PDR坐标点用于轨迹记录。
优选地，在所述步骤S400之后，所述步骤S450之前还包括：S440判断所述定位参考GPS点与前一GPS点的间隔时间是否超过预设的时间阈值，若是，进入步骤S500，否则进入步骤S450。
另一方面，本发明还公开了一种PDR与GPS结合的定位装置，包括：GPS定位模块，用于获取通过GPS产生的定位初始GPS点；定位设置模块，与所述GPS定位模块相连，用于将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；PDR定位模块，与所述定位设置模块相连，用于获取通过PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；所述GPS定位模块，还用于获取通过GPS产生的定位参考GPS点；定位融合模块，分别与所述GPS定位模块、PDR定位模块相连，用于将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；定位判断模块，与所述定位融合模块相连，用于判断定位是否结束；定位处理模块，分别与所述定位判断模块、定位融合模块、GPS定位模块、定位设置模块及PDR定位模块相连；用于当所述定位判断模块判定定位未结束时，通过所述GPS定位模块获取的所述定位参考GPS点的位置信息、及通过所述定位融合模块获取的融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；再通过所述定位设置模块将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，再返回通过所述PDR定位模块获取PDR产生的新的坐标。
优选地，所述定位融合模块包括：第一坐标转换子模块，用于将所述定位初始GPS点及定位参考GPS点的GPS坐标转化为大地坐标；融合子模块，与所述第一坐标转换子模块相连，用于将由所述PDR定位模块获取的PDR定位坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得所述PDR定位坐标点中的最后一个坐标点与所述定位参考GPS点重合；第二坐标转换子模块，与所述融合子模块相连，用于将处理后的PDR坐标点的大地坐标转化为GPS经纬度坐标。
优选地，所述定位处理模块包括：计算子模块，用于通过对所述PDR最后一个坐标点旋转后的方向及所述定位参考GPS点的方向进行加权平均，获得方向的加权平均值；处理子模块，与所述计算子模块相连，用于根据所述方向的加权平均值，通过所述定位设置模块对下一阶段的PDR行进方向进行设置。
优选地，本发明所述的PDR与GPS结合的定位装置，还包括：分别与所述GPS定位模块、PDR定位模块、定位融合模块相连的特殊点判断处理模块；所述特殊点判断处理模块包括：漂点判断子模块，用于判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差是否大于预设的偏差值；当判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差大于预设的偏差值时，则判定所述定位参考GPS点为漂点；当判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差小于预设的偏差值时，则判定所述定位参考GPS点为不是漂点，则通过所述定位融合模块进行融合处理；漂点处理子模块，与所述漂点判断子模块相连，用于当所述漂点判断子模块判断所述定位参考GPS点为漂点时，丢弃所述定位参考GPS点，并返回通过所述PDR定位模块继续获取PDR坐标点用于轨迹记录。
本发明有益效果如下：
(1)本发明利用GPS信号会输出较高精度的定位位置及PDR定位结果短时间内精度较高的特点，融合GPS和PDR的定位结果，保证定位的准确性与精度。
(2)本发明通过GPS定位初始点和参考点，并将定位初始点作为基准点，通过PDR进行定位，然后再利用参考点来校正PDR的航向和位置，从而避免PDR定位误差的累积，及时纠正，提高定位的准确性。
(3)本发明不需要时刻通过GPS来进行定位，可以通过预设的间隔时间来利用GPS定位校准PDR定位，既保证了定位的精确度，又降低了GPS定位产生的功耗。
(4)本发明通过同时产生的PDR定位点(最后一个PDR定位点)与定位参考GPS点进行重合，对定位初始GPS点与定位参考GPS点间的PDR坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，对PDR定位进行校准。
(5)本发明通过对融合时PDR定位点旋转的方向及定位参考GPS点进行加权平均，获得方向加权平均值作为下一阶段PDR行进的初始方向，从一定程度上降低了智能终端随着行人运动时带来的方向波动(比如智能手环随手臂摆动带来的方向波动偏差)。
(6)本发明可有效提高结合GPS数据辅助下PDR轨迹数据的准确性，获取更为准确的轨迹数据，并对GPS存在的丢星和漂点等情况进行有效的处理，降低对于轨迹和距离计算带来的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种GPS与PDR结合的定位方法实施例的流程图；
图2为本发明一种GPS与PDR结合的定位方法另一实施例的流程图；
图3为GPS坐标转换为大地坐标时辅助示意图；
图4为本发明一种GPS与PDR结合的定位方法另一实施例的流程图；
图5为本发明一种GPS与PDR结合的定位方法另一实施例的流程图；
图6为本发明一种GPS与PDR结合的定位装置实施例的框图；
图7为本发明一种GPS与PDR结合的定位装置另一实施例的框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种PDR与GPS结合的定位方法，实施例如图1所示，包括：
S100获取通过GPS产生的定位初始GPS点；
S200将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；
S300获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；
S400获取通过GPS产生的定位参考GPS点；
S500将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；
S600判断定位是否结束，若是，则结束定位；若否，进入步骤S700；
S700通过所述定位参考GPS点的位置信息及融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；
S800将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，返回步骤S300。
本实施例中充分利用GPS定位精度高和PDR短时间定位精度也高的优势，通过间隔获取GPS定位点作为基准参考，不断校正PDR定位，使得无需时刻采用GPS定位，一方面降低了GPS定位产生的功耗，另一方面也能达到高精度定位的效果，取得准确的定位轨迹。具体的，在第一个GPS定位点与第二个GPS定位点之间采用PDR定位的方式，该PDR定位以第一个GPS定位点作为基准点，通过GPS初试话方向，然后采用PDR进行定位，直至第二个GPS定位点产生。而这第二个GPS定位点则是作为PDR定位的校准参考点，因此，以该第二个GPS定位点作为参考点，将这段时间产生的PDR定位坐标点融合在第一个GPS定位点与第二个GPS定位点之中，从而获得准确的定位及定位轨迹。此外，根据该第二个GPS定位点的位置信息和融合后的方向信息，便可获取下一阶段PDR定位行进的方向。而这个第二个GPS定位点则会作为下一阶段PDR定位的基准点，继续进行PDR定位，直至第三个GPS定位点出现(这一阶段的定位参考GPS点)，然后再将第二个GPS定位点与第三个GPS定位点之间的PDR定位坐标点融合到第二个GPS定位点与第三个GPS定位点之中，获得这一阶段的准确定位及定位轨迹，并根据第三个GPS定位点的位置信息和融合后的方向信息，获取第三阶段PDR定位行进方向，而这个第三个GPS定位点则会作为下一阶段PDR定位的基准点，继续进行PDR定位，如此反复，采用同样的方法精确每一个阶段的定位及定位轨迹。
本发明的典型应用场景描述如下：
A、开启GPS，定位成功后获取GPS点；
B、开启PDR，利用GPS点作为位置基准并用GPS方向初始化PDR方向；
C、PDR持续产生PDR坐标点的位置信息和方向信息；
D、产生下一个GPS点，利用这个GPS点对两个GPS点之间的PDR点进行融合；
E、使用该GPS点的位置信息和融合后的方向信息对PDR进行重置；
F、重复CDE步骤。
本实施例描述了一种在智能终端上，对PDR数据与GPS轨迹数据进行有效融合，并结合PDR和GPS所产生的方向来获取更为准确的用户行进方向的方法。这里的PDR算法为六轴(加速度和陀螺仪)算法，因而需要通过其它途径(GPS)提供方向值来周期性的校准PDR，但是GPS在可穿戴设备上随着手臂摆动时，其产生的GPS方向值也是波动变化的，因而难以获得更为准确的行进方向。然而本实施例提供的一种对PDR数据和GPS数据进行有效融合的方法，将PDR数据转换成两个GPS点之间的插值GPS坐标，通过数据融合，一方面消除了PDR自身方向偏差所产生的轨迹不准确性，同时通过融合后的PDR轨迹的行进方向和GPS方向的结合，获取下一步校准PDR所需的更为准确的行进方向。
本发明的另一实施例，如图2所示，包括：
S100获取通过GPS产生的定位初始GPS点；
S200将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；
S300获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；
S400获取通过GPS产生的定位参考GPS点；
S510将所述定位初始GPS点及定位参考GPS点的GPS坐标转化为大地坐标；
S520将由所述PDR产生的坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得所述PDR产生的最后一个坐标点与同时获取的所述定位参考GPS点重合；
S530将处理后的PDR坐标点的大地坐标转化为GPS经纬度坐标。
S600判断定位是否结束，若是，则结束定位；若否，进入步骤S700；
S700通过所述定位参考GPS点的位置信息及融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；
S800将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，返回步骤S300。
上述实施例中，具体阐述了如何将定位初始GPS点与定位参考GPS点之间的PDR融合进来。具体的，PDR与GPS的轨迹融合：
PDR产生的轨迹点，其坐标为(x，y)，其中x与y为相对于参考点的在水平和竖直方向上的距离偏移值，其方向为rotation，表示的是该轨迹点的绝对方向。PDR的方向是根据其参考点(GPS点)的绝对方向方向再结合PDR算法计算出的相对于参考点的方向变化delta所计算出的该PDR点的绝对方向。在参考点，PDR的点初始化为(0，0)。在下一个GPS点上报时，认为该GPS点与最后一个PDR点理想情况下是重合的，然而由于方向与PDR输入参数(步长)的偏差，实际上两者之间存在偏差。
本发明通过对PDR点的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得最后一个PDR点与第二个校准的GPS点重合。
由于PDR点的坐标是在大地坐标系，而GPS点在经纬度坐标，在融合前需要对两者进行坐标统一。这里先将GPS坐标转换到大地坐标系(即计算出两个GPS点在水平和竖直方向上的距离偏移值)，第一个GPS点设为基准点(0,0)，第一个PDR点与GPS点重合。第二个GPS点相对第一个GPS点为(XG，YG)，最后一个PDR点的坐标为(xn，yn)。融合的目标是(XG，YG)，(xn，yn)重合，其它的PDR点根据拉伸系数和旋转角度进行统一处理。拉伸系数计算方法：θ表示第一个PDR点与最后一PDR点之间的连线与两个GPS点连线之间的夹角，这样通过拉伸和旋转，保证最后一个PDR点与第二个GPS点的重合，所有的PDR点按照同样的拉伸系数和旋转角度进行统一处理后，可以保证PDR轨迹的整体形状不变。处理后的PDR点表示为(xn'，yn')，再将PDR点转化为GPS经纬度坐标。
具体的，GPS坐标转换为大地坐标方法：
将地球假想为一个椭圆，极半径为R_Polar，赤道半径为R_Equator，当前所在位置的经度半径为R_Lon，纬度半径为R_Lat，如图3所示。
由于两个GPS点之间的距离相对地球半径而言是很小的，因此这里经纬度半径使用GPS连线中点的坐标来计算，将中点的经纬度转换为弧度表示，分别为radius_lon，radius_lat。则：
R_Lon＝R_Lat*cos(radius_lat)。两个GPS点之间的经度差转换为弧度为delta_lon，纬度差转换为弧度为delta_lat，则(XG＝R_Lon*delta_lon，YG＝R_Lat*delta_lat)。
大地坐标转换为GPS坐标方法：具体的，上述步骤S530包括：
S531设处理后的PDR点的大地坐标为(xn'，yn')，所述定位参考GPS点相对于所述定位初始GPS点的GPS坐标为(XG，YG)；
S532将所述处理后的PDR点的大地坐标(Xn'，Yn')转换为GPS坐标(X'n*β+longitude_g1，Y'n*γ+latitude_g1)；其中：
β为所述定位初始GPS点与所述定位参考GPS点的经度差与XG之间的比例系数；
γ为所述定位初始GPS点与所述定位参考GPS点的纬度差与YG之间的比例系数；
latitude_g1为定位初始GPS点的纬度；
longitude_g1为定位初始GPS点的经度。
虽然地球表面为球曲面，但是在百米级别的移动范围内，可以作为平面，因此大地坐标转换为GPS坐标采用近似的方法，算出两个GPS点的经度差与XG的比例β，纬度差与YG的比例γ，然后用拉伸旋转后的PDR点的大地坐标(xn'，yn')去乘以比例系数，则PDR点的GPS坐标为(xn'*β+longitude_g1，yn'*γ+latitude_g1)，latitude_g1为第一个GPS点的纬度，longitude_g1为第一个GPS点的经度。
上面介绍了大地坐标与GPS坐标互换的方法，此外，本发明还可以采用现有的大地坐标与GPS坐标互换的技术方案。
本发明方法的另一实施例，如图4所示，包括：
S100获取通过GPS产生的定位初始GPS点；
S200将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；
S300获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；
S400获取通过GPS产生的定位参考GPS点；
S500将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；
S600判断定位是否结束，若是，则结束定位；若否，进入步骤S710；
S710通过对所述PDR最后一个坐标点旋转后的方向及所述定位参考GPS点的方向进行加权平均，获得方向的加权平均值；
S720根据所述方向的加权平均值，对下一阶段的PDR行进方向进行设置。
S800将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，返回步骤S300。
上述实施例中，步骤S710、S720主要是为了获取下一阶段PDR行进方向。具体的，PDR与GPS点进行融合后，PDR点的方向由rotation变为rotation_new＝rotation+θ，θ表示第一个PDR点与最后一PDR点之间的连线与两个GPS点连线之间的夹角。新的方向根据上一个GPS点的参考方向，PDR算法自身的方向计算以及PDR和GPS点融合过程的旋转方向所得到。我们认为rotation_new具有表示行进方向的意义，同时第二个GPS点(定位参考GPS点)的方向也需要进行综合考量，因此这里对rotation_new和GPS方向θG进行加权平均：0.6*rotation_new+0.4*θG，利用加权平均值作为第二个GPS点的实际行进方向对下一阶段的PDR进行设置。这种处理方式在一定程度上减小了GPS方向由于手臂摆动所带来的变化(当进行GPS定位的智能终端是手环式或手臂式时，手臂摆动会带来GPS方向的波动)。
本发明方法的另一实施例，如图5所示，包括：
S100获取通过GPS产生的定位初始GPS点；
S200将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；
S300获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；
S400获取通过GPS产生的定位参考GPS点；
S450判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差是否大于预设的偏差值，若是，则进入步骤S460，否则进入步骤S500；
S460判断所述定位参考GPS点为漂点，丢弃所述定位参考GPS点，返回步骤S300继续通过PDR获取PDR坐标点用于轨迹记录。
S500将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；
S600判断定位是否结束，若是，则结束定位；若否，进入步骤S700；
S700通过所述定位参考GPS点的位置信息及融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；
S800将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，返回步骤S300。
上述实施例中，对参考GPS点与PDR最后一个坐标点的位置偏差进行了判断，由于PDR点与GPS点的融合是在有定位参考GPS点产生的情况下，在不断的融合过程中，结合PDR方向和GPS方向所获取的行进方向会趋近于真实的行进方向，因此PDR点(xn，yn)与GPS点的偏差会逐渐减小。因此，当二者之间的位置偏差大于预设的偏差值时，则可以认为该定位参考GPS点的置信度较低，极有可能是漂点，因此，则可以考虑丢弃处理。则可以继续进行PDR定位，继续获取PDR定位的坐标点，直至下一个GPS定位点出现。若获取的下一个GPS定位点与PDR最后一个定位点的位置偏差在预设的偏差值范围内，则可以将该GPS定位点作为定位参考GPS点，从而将前一个GPS定位点(定位初始GPS点)与该GPS定位点(定位参考GPS点)之间的PDR定位坐标点融合进来，并根据融合的结果及GPS定位点的方向信息，对下一阶段的PDR进行重置。
较佳的，在上述实施例中，在所述步骤S400之后，所述步骤S450之前还包括：
S440判断所述定位参考GPS点与前一GPS点的间隔时间是否超过预设的时间阈值，若是，进入步骤S500，否则进入步骤S450。
由于GPS信号可能存在不稳定或信号较差的情况，此时，有可能很长时间都无法通过GPS进行定位，因此，这一段时间都是通过PDR进行定位，直至下一个GPS定位点出现。而如果在预设的时间阈值之后才出现GPS定位点的话，考虑到长时间通过PDR定位，可能PDR定位的累计偏差会偏大，有可能会超出预设的偏差值。因此，这种情况下，当GPS定位点出现的间隔时间超过预设的时间阈值时，则可以直接将后面出现的GPS定位点作为定位参考GPS点，不再进行偏差比较，而是直接进行后续的GPS与PDR定位点的融合。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种PDR与GPS结合的定位装置，该定位装置可采用本发明的PDR与GPS结合的定位方法，具体的，实施例如图6所示，包括：GPS定位模块10，用于获取通过GPS产生的定位初始GPS点；定位设置模块20，与所述GPS定位模块10相连，用于将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；PDR定位模块30，与所述定位设置模块20相连，用于获取通过PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；所述GPS定位模块10，还用于获取通过GPS产生的定位参考GPS点；定位融合模块40，分别与所述GPS定位模块10、PDR定位模块30相连，用于将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；定位判断模块50，与所述定位融合模块40相连，用于判断定位是否结束；定位处理模块60，分别与所述定位判断模块50、定位融合模块40、GPS定位模块10、定位设置模块20及PDR定位模块30相连；用于当所述定位判断模块50判定定位未结束时，通过所述GPS定位模块10获取的所述定位参考GPS点的位置信息、及通过所述定位融合模块40获取的融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；再通过所述定位设置模块20将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，再返回通过所述PDR定位模块30获取PDR产生的新的坐标。
上述实施例中，定位初始GPS点与定位参考GPS点是相邻的两个GPS点，在这两个GPS点之间则是通过PDR进行定位，而PDR定位的初始位置及初始方向则以定位初始GPS点为基准，而这一阶段PDR定位的最后一个坐标点与定位参考GPS点理论上应该是同一个点，也就是说在同一个位置通过两种不同方式获取的两个定位坐标点。由于PDR定位存在位置偏差，因此，该PDR定位的坐标点需要以定位参考GPS点为参考点进行校准，从而将这一阶段通过PDR定位的定位点融合进这两个GPS定位点之中。此外，这一阶段定位参考GPS点则作为下一阶段的定位初始GPS点，也就是下一阶段PDR定位的基准点，而下一阶段PDR行进的方向信息则是通过上一阶段的融合结果及上一阶段的定位参考GPS点(本阶段的定位初始GPS点)获取。通过本发明的方法，一方面可以降低GPS功耗，而且对于GPS信号不稳定的情况下，通过GPS定位与PDR定位结合的方案，保证了定位的精度。
本发明装置的另一实施例，如图7所示，在上述装置实施例中，所述定位融合模块40包括：第一坐标转换子模块41，用于将所述定位初始GPS点及定位参考GPS点的GPS坐标转化为大地坐标；融合子模块42，与所述第一坐标转换子模块41相连，用于将由所述PDR定位模块30获取的PDR定位坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得所述PDR定位坐标点中的最后一个坐标点与所述定位参考GPS点重合；第二坐标转换子模块43，与所述融合子模块42相连，用于将处理后的PDR坐标点的大地坐标转化为GPS经纬度坐标。
PDR产生的轨迹点，其坐标为(x，y)其中x与y为相对于参考点的在水平和竖直方向上的距离偏移值，其方向为rotation，表示的是该轨迹点的绝对方向。PDR的方向是根据其参考点(GPS点)的绝对方向方向再结合PDR算法计算出的相对于参考点的方向变化delta所计算出的该PDR点的绝对方向。在参考点，PDR的点初始化为(0,0)。在下一个GPS点上报时，认为该GPS点与最后一个PDR点理想情况下是重合的，然而由于方向与PDR输入参数(步长)的偏差，实际上两者之间存在偏差。本实施例通过对PDR点的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得最后一个PDR点与第二个校准的GPS点重合。
由于PDR点的坐标是在大地坐标系，而GPS点在经纬度坐标，在融合前需要对两者进行坐标统一。这里先将GPS坐标转换到大地坐标系(即计算出两个GPS点在水平和竖直方向上的距离偏移值)，第一个GPS点设为基准点(0,0)，第一个PDR点与GPS点重合。第二个GPS点相对第一个GPS点为(XG，YG)，最后一个PDR点的坐标为(xn，yn)。融合的目标是(XG，YG)，(xn，yn)重合，其它的PDR点根据拉伸系数和旋转角度进行统一处理。拉伸系数计算方法：θ表示第一个PDR点与最后一PDR点之间的连线与两个GPS点连线之间的夹角，这样通过拉伸和旋转，保证最后一个PDR点与第二个GPS点的重合，所有的PDR点按照同样的拉伸系数和旋转角度进行统一处理后，可以保证PDR轨迹的整体形状不变。处理后的PDR点表示为(xn'，yn')，再将PDR点转化为GPS经纬度坐标。
具体的大地坐标与GPS坐标互换的方法可参照前面的方法实施例，或者采用现有的大地坐标与GPS坐标互换的方法亦可。
在上述任一实施例中，如图7所示，所述定位处理模块60包括：
计算子模块61，用于通过对所述PDR最后一个坐标点旋转后的方向及所述定位参考GPS点的方向进行加权平均，获得方向的加权平均值；
处理子模块62，与所述计算子模块61相连，用于根据所述方向的加权平均值，通过所述定位设置模块20对下一阶段的PDR行进方向进行设置。
通过加权平均，优化了行进方向的获取，降低了智能终端跟随用户手臂摆动时带来的GPS方向的波动对下一阶段PDR定位初始方向的影响。
较佳的，在上述任一实施例中，本发明所述的PDR与GPS结合的定位装置，还包括：分别与所述GPS定位模块10、PDR定位模块30、定位融合模块40相连的特殊点判断处理模块70；所述特殊点判断处理模块70包括：漂点判断子模块71，用于判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差是否大于预设的偏差值；当判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差大于预设的偏差值时，则判定所述定位参考GPS点为漂点；当判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差小于预设的偏差值时，则判定所述定位参考GPS点为不是漂点，则通过所述定位融合模块40进行融合处理；漂点处理子模块72，与所述漂点判断子模块71相连，用于当所述漂点判断子模块71判断所述定位参考GPS点为漂点时，丢弃所述定位参考GPS点，并返回通过所述PDR定位模块30继续获取PDR坐标点用于轨迹记录。
上述实施例，主要讲述了GPS漂点情况的处理：
PDR点与GPS点的融合是在有GPS点产生的情况下，在不断的融合过程中，结合PDR方向和GPS方向所获取的行进方向会趋近与真实的行进方向，因此PDR点(xn，yn)与GPS点的偏差会逐渐减小。以此为前提，可以剔除GPS漂点的情况。也就是，当下一个GPS点与(xn，yn)偏差过大时(大于设定阈值T)，认为该GPS点置信度低予以丢弃，继续使用PDR点进行轨迹记录。当下一个GPS点偏差在接受范围内，认为该GPS点可信，进行PDR与GPS点融合后，重置PDR继续进行轨迹记录。
此外，本发明的定位装置实施例的特殊点判断处理模块，还包括丢星判断处理子模块，用于判断所述定位参考GPS点与前一GPS点的间隔时间是否超过预设的时间阈值，若是，则
GPS丢星情况的处理与漂点类似，丢星时，下一个GPS点会较长时间后才出现，这段时间都使用PDR进行轨迹记录，考虑到PDR也会存在误差累计，因此当较长时间使用PDR而无GPS点出现，或者PDR自身的累计误差已经超过设定值，当再次有GPS点产生时，不再进行(xn，yn)与GPS点的偏差比较，而是直接进行PDR与GPS点的轨迹融合。
本发明可有效提高结合GPS数据辅助下PDR轨迹数据的准确性，获取更为准确的轨迹数据及进行更为精准的定位，并对GPS存在的丢星和漂点等情况进行有效的处理，降低对于轨迹和距离计算带来的影响。PDR与GPS融合方法和行进方向获取方法可以很好的将PDR点转化为GPS点，在两个真实的GPS点之间插入由PDR转换来的GPS点，优化轨迹和距离计算。
本发明的装置实施例与本发明的方法实施例对应，本发明的方法实施例的技术细节同样也适用于本发明的装置实施例，为减少重复，可参照前面的方法实施例，此处不再赘述。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种PDR与GPS结合的定位方法，其特征在于，包括：
S100获取通过GPS产生的定位初始GPS点；
S200将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；
S300获取PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；
S400获取通过GPS产生的定位参考GPS点；
S500将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；
S600判断定位是否结束，若是，则结束定位；若否，进入步骤S700；
S700通过所述定位参考GPS点的位置信息及融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；
S800将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，返回步骤S300。
2.根据权利要求1所述的一种PDR与GPS结合的定位方法，其特征在于，所述步骤S500包括：
S510将所述定位初始GPS点及定位参考GPS点的GPS坐标转化为大地坐标；
S520将由所述PDR产生的坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得所述PDR产生的最后一个坐标点与同时获取的所述定位参考GPS点重合；
S530将处理后的PDR坐标点的大地坐标转化为GPS经纬度坐标。
3.根据权利要求2所述的一种PDR与GPS结合的定位方法，其特征在于，所述步骤S530包括：
S531设处理后的PDR点的大地坐标为(xn'，yn')，所述定位参考GPS点相对于所述定位初始GPS点的GPS坐标为(XG，YG)；
S532将所述处理后的PDR点的大地坐标(Xn'，Yn')转换为GPS坐标(X'n*β+longitude_g1，Y'n*γ+latitude_g1)；其中：
β为所述定位初始GPS点与所述定位参考GPS点的经度差与XG之间的比例系数；
γ为所述定位初始GPS点与所述定位参考GPS点的纬度差与YG之间的比例系数；
latitude_g1为定位初始GPS点的纬度；
longitude_g1为定位初始GPS点的经度。
4.根据权利要求1所述的一种PDR与GPS结合的定位方法，其特征在于，所述步骤S700包括：
S710通过对所述PDR最后一个坐标点旋转后的方向及所述定位参考GPS点的方向进行加权平均，获得方向的加权平均值；
S720根据所述方向的加权平均值，对下一阶段的PDR行进方向进行设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种PDR与GPS结合的定位方法，其特征在于，在所述步骤S400之后、所述步骤S500之前还包括步骤：
S450判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差是否大于预设的偏差值，若是，则进入步骤S460，否则进入步骤S500；
S460判断所述定位参考GPS点为漂点，丢弃所述定位参考GPS点，返回步骤S300继续通过PDR获取PDR坐标点用于轨迹记录。
6.根据权利要求5所述的一种PDR与GPS结合的定位方法，其特征在于，在所述步骤S400之后，所述步骤S450之前还包括：
S440判断所述定位参考GPS点与前一GPS点的间隔时间是否超过预设的时间阈值，若是，进入步骤S500，否则进入步骤S450。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的PDR与GPS结合的定位方法的PDR与GPS结合的定位装置，其特征在于，包括：
GPS定位模块，用于获取通过GPS产生的定位初始GPS点；
定位设置模块，与所述GPS定位模块相连，用于将所述定位初始GPS点作为基准点，并用GPS方向初始化PDR方向；
PDR定位模块，与所述定位设置模块相连，用于获取通过PDR产生的坐标点的位置信息和方向信息；
所述GPS定位模块，还用于获取通过GPS产生的定位参考GPS点；
定位融合模块，分别与所述GPS定位模块、PDR定位模块相连，用于将所述定位初始GPS点、所述定位参考GPS点、及所述PDR产生的坐标点进行融合；
定位判断模块，与所述定位融合模块相连，用于判断定位是否结束；
定位处理模块，分别与所述定位判断模块、定位融合模块、GPS定位模块、定位设置模块及PDR定位模块相连；用于当所述定位判断模块判定定位未结束时，通过所述GPS定位模块获取的所述定位参考GPS点的位置信息、及通过所述定位融合模块获取的融合后的方向信息获取下一阶段PDR行进的方向信息；再通过所述定位设置模块将所述定位参考GPS点作为新的定位初始GPS点，所述新的定位初始点为所述下一阶段PDR的基准点，再返回通过所述PDR定位模块获取PDR产生的新的坐标。
8.根据权利要求7所述的一种PDR与GPS结合的定位装置，其特征在于，所述定位融合模块包括：
第一坐标转换子模块，用于将所述定位初始GPS点及定位参考GPS点的GPS坐标转化为大地坐标；
融合子模块，与所述第一坐标转换子模块相连，用于将由所述PDR定位模块获取的PDR定位坐标点构成的轨迹进行等比例拉伸与整体旋转，使得所述PDR定位坐标点中的最后一个坐标点与所述定位参考GPS点重合；
第二坐标转换子模块，与所述融合子模块相连，用于将处理后的PDR坐标点的大地坐标转化为GPS经纬度坐标。
9.根据权利要求7所述的一种PDR与GPS结合的定位装置，其特征在于，所述定位处理模块包括：
计算子模块，用于通过对所述PDR最后一个坐标点旋转后的方向及所述定位参考GPS点的方向进行加权平均，获得方向的加权平均值；
处理子模块，与所述计算子模块相连，用于根据所述方向的加权平均值，通过所述定位设置模块对下一阶段的PDR行进方向进行设置。
10.根据权利要求7-9任一项所述的一种PDR与GPS结合的定位装置，其特征在于，还包括分别与所述GPS定位模块、PDR定位模块、定位融合模块相连的特殊点判断处理模块；所述特殊点判断处理模块包括：
漂点判断子模块，用于判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差是否大于预设的偏差值；当判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差大于预设的偏差值时，则判定所述定位参考GPS点为漂点；当判断所述定位参考GPS点与所述PDR最后一个坐标点的位置偏差小于预设的偏差值时，则判定所述定位参考GPS点为不是漂点，则通过所述定位融合模块进行融合处理；
漂点处理子模块，与所述漂点判断子模块相连，用于当所述漂点判断子模块判断所述定位参考GPS点为漂点时，丢弃所述定位参考GPS点，并返回通过所述PDR定位模块继续获取PDR坐标点用于轨迹记录。
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