CN109520508A

CN109520508A - 定位方法、装置及定位设备

Info

Publication number: CN109520508A
Application number: CN201811501675.9A
Authority: CN
Inventors: 刘浩
Original assignee: Hunan Goke Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hunan Goke Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-03-26

Abstract

本发明实施例涉及定位技术领域，提供一种定位方法、装置及定位设备，所述定位设备还包括惯性导航单元，微控制单元与惯性导航单元电连接，所述方法包括：当检测到用户进入室内时，实时获取惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将当前定位结果发送至监控终端。与现有的室内定位技术相比，惯性导航单元采集的惯性导航数据不容易受到周围环境的干扰，定位精确度高。

Description

定位方法、装置及定位设备

技术领域

本发明实施例涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种定位方法、装置及定位设备。

背景技术

随着GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的普及，定位技术的应用已从原先单一的定位功能逐步延伸到消费、娱乐、社交等众多应用领域中。但是，GPS定位只能满足室外定位需求，在室内以及其他遮蔽环境下，GPS信号的强度和质量会急剧下降几乎没有用武之地，于是需要寻求其他定位技术以适应室内定位的需求。

现有的室内定位技术包括红外、超声波、射频识别、无线局域网、蓝牙、超宽带等，这些室内定位技术完全依赖于定位场景中的信号特征，而这些信号容易受到环境的干扰，并且需要通过数学估计模型对位置进行估算，导致位置估计结果误差较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种定位方法、装置及定位设备，用以实现室内精确定位。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种定位方法，应用于定位设备的微控制单元，所述定位设备与监控终端通信连接，所述定位设备还包括惯性导航单元，所述微控制单元与所述惯性导航单元电连接，所述方法包括：当检测到用户进入室内时，实时获取所述惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将所述当前定位结果发送至所述监控终端。

第二方面，本发明实施例还提供了一种定位装置，应用于定位设备的微控制单元，所述定位设备与监控终端通信连接，所述定位设备还包括惯性导航单元，所述微控制单元与所述惯性导航单元电连接，所述装置包括数据获取模块和定位更新模块。其中，数据获取模块用于当检测到用户进入室内时，实时获取所述惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；定位更新模块用于依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将所述当前定位结果发送至所述监控终端。

第三方面，本发明实施例还提供了一种定位设备，所述定位设备与监控终端通信连接，所述定位设备包括微控制单元及惯性导航单元，所述微控制单元与所述惯性导航单元电连接；所述惯性导航单元用于采集惯性导航数据并发送至所述微控制单元；所述微控制单元用于当检测到用户进入室内时，实时获取所述惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；所述微控制单元还用于依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将所述当前定位结果发送至所述监控终端。

相对现有技术，本发明实施例提供的一种定位方法、装置及定位设备，在定位设备中设置惯性导航单元和微控制单元，通过惯性导航单元采集惯性导航数据；当检测到用户进入室内时，通过微控制单元实时获取惯性导航单元采集的当前惯性导航数据，微控制单元依据实时获取的当前惯性导航数据，对定位设备输出的前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将当前定位结果发送至监控终端，从而实现室内精确定位。与现有的室内定位技术相比，惯性导航单元采集的惯性导航数据不容易受到周围环境的干扰，定位精确度高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的定位设备的方框示意图。

图2示出了本发明实施例提供的定位方法流程图。

图3示出了行人步行速度示意图。

图4为图3示出的步骤S104的子步骤流程图。

图5示出了本发明实施例提供的定位装置的方框示意图。

图标：10-定位设备；20-GNSS芯片；30-微控制单元；40-惯性导航单元；50-通信单元；60-供电单元；200-定位装置；201-初始化模块；202-数据读取模块；203-数据获取模块；204-定位更新模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的定位设备10的方框示意图。定位设备10包括GNSS芯片20、微控制单元30、惯性导航单元40、通信单元50及供电单元60，微控制单元30与GNSS芯片20、惯性导航单元40、通信单元50及供电单元60均电连接，通信单元50与监控终端通信连接。作为一种实施方式，定位设备10可以是一种可穿戴设备，用户可以将其佩戴于脚上进行室内外精确定位，例如，脚环。

在本发明实施例中，GNSS芯片20通过SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)与微控制单元30电连接，GNSS芯片20用于采集室外定位数据。GNSS芯片20可以包含美国的GPS导航系统、中国的北斗导航系统、俄罗斯的格洛纳斯导航系统、欧洲的伽利略导航系统等等，例如，SoC芯片，SoC芯片支持北斗三号服务信号和全球所有民用导航系统，同时还支持多频点信号。也就是说，GNSS芯片20既可以支持单独的北斗导航系统，也可以支持GNSS多模导航，这样可以避免在战争期间，定位设备10受到其他国家导航系统的影响，与目前仅支持GPS系统导航的其它定位设备相比，更加安全可靠。

在本发明实施例中，微控制单元30用于通过SPI接口实时读取GNSS芯片20采集的室外定位数据，当读取到室外定位数据时通过通信单元50发送至监控终端，以实现用户室外精准定位；当未读取到GNSS芯片20采集的室外定位数据时，微控制单元30判定用户进入室内，此时微控制单元30需要读取惯性导航单元40采集的惯性导航数据进行航迹推算以得到室内定位数据。作为一种实施方式，微控制单元30可以是单片机，例如，目前使用最为广泛的MCS-51系列MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

在本发明实施例中，惯性导航单元40可以通过IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)与微控制单元30电连接，惯性导航单元40用于在定位设备10启动后采集惯性导航数据。惯性导航单元40包括加速度计和陀螺仪，加速度计用于采集用户的三轴加速度数据，陀螺仪用于采集用户的三轴角速度数据，即，惯性导航单元40采集的惯性导航数据包括加速度数据和陀螺仪数据。

在本发明实施例中，微控制单元30还用于当检测到用户进入室内时，通过IIC总线实时获取惯性导航单元40采集的当前惯性导航数据，并依据当前惯性导航数据进行航迹推算得到当前定位结果，再通过通信单元50当前定位结果发送至监控终端以实现用户室内精确定位，具体的航迹推算过程详见下述实施例，在此不再赘述。

在本发明实施例中，通信单元50用于在微控制单元30的控制下，将用户在室外时GNSS芯片20采集的室外定位数据发送至监控终端，以及将用户进入室内时微控制单元30依据惯性导航数据推算得到的室内定位结果发送至监控终端。作为一种实施方式，通信单元50可以是无线保真芯片，例如，BroadcoM全系列Wi-Fi芯片。

在本发明实施例中，供电单元60与GNSS芯片20、微控制单元30、惯性导航单元40及通信单元50均电连接，用于为GNSS芯片20、微控制单元30、惯性导航单元40及通信单元50供电。作为一种实施方式，供电单元60可以是充电电池，例如，锂电池。

一种实施例

请参照图2，图2示出了本发明实施例提供的定位方法流程图。该定位方法应用于定位设备10的微控制单元30，应用于微控制单元30的定位方法包括以下步骤：

步骤S101，当检测到定位设备启动时，对定位设备进行初始化，以去除惯性导航单元采集的惯性导航数据的零偏。

在本发明实施例中，由于惯性导航单元40自身的特性，其采集的惯性导航数据会包含零偏，即，采集到的惯性导航数据等于真实的惯性导航数据加上零偏，因此，为了保证后续微控制单元30推算出的室内定位数据的精度，当微控制单元30检测到定位设备10启动时，需要先对定位设备10进行初始化，以去除惯性导航单元40采集的惯性导航数据的零偏。

作为一种实施方式，定位设备10启动后，需要先静止预设时间(例如，1s)，微控制单元30通过读取这1s内惯性导航单元40采集的六轴惯性导航数据，即，三轴加速度数据和三轴角速度数据，来完成惯性导航单元40的初始化，以去除惯性导航单元40后续采集的惯性导航数据的零偏。具体来说，先通过六面校准法得到零偏，并将三轴加速度数据中的零偏去掉，并利用校准后的三轴加速度数据和三角函数关系，计算出欧拉角，该欧拉角包括俯仰角、翻滚角和航向角；然后，取这1s内陀螺仪输出的三轴角速度数据的平均值来消除陀螺仪的零偏，从而完成惯性导航单元40的初始化，此时用户的速度和位置均为0。

步骤S102，当读取到GNSS芯片采集的室外定位数据时，将室外定位数据发送至监控终端，当未读取到GNSS芯片采集的室外定位数据时，判定用户进入室内。

在本发明实施例中，定位设备10启动后，GNSS芯片20开始采集室外定位数据，微控制单元30实时读取GNSS芯片20采集的室外定位数据，当微控制单元30读取到室外定位数据时，判定用户在室外，微控制单元30通过通信单元50将读取到的室外定位数据发送至监控终端，以实现用户室外精准定位。由于GNSS芯片20的特性，当用户进入室内时，GNSS芯片20无法进行定位，此时微控制单元30读取不到GNSS芯片20的任何数据，此时微控制单元30需要读取惯性导航单元40采集的惯性导航数据进行航迹推算以得到定位结果，具体过程参见步骤S103。

步骤S103，当检测到用户进入室内时，实时获取惯性导航单元采集的当前惯性导航数据。

在本发明实施例中，惯性导航单元40用于在定位设备10启动后采集惯性导航数据，当微控制单元30判定用户进入室内时，通过IIC总线实时获取惯性导航单元40采集的当前惯性导航数据。当前惯性导航数据指的是微控制单元30在当前时刻获取到的惯性导航单元40采集的惯性导航数据，由于时间是往前的，因此当前惯性导航数据是随着时间变化的，例如，假设微控制单元30每隔5s获取一次惯性导航数据，则微控制单元30在9:00:00、9:00:05、9:00:10、9:00:15等时刻获取到的惯性导航数据均为当前惯性导航数据。

步骤S104，依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将当前定位结果发送至监控终端。

在本发明实施例中，微控制单元30在实时获取到惯性导航单元40采集的当前惯性导航数据之后，需要依据惯性导航数据进行航迹推算得到当前定位结果。由于惯性导航单元40采集的惯性导航数据包括加速度数据和陀螺仪数据，微控制单元30对加速度数据进行一次积分运算可以得到速度、再进行一次积分运算可以得到位置，陀螺仪数据可以反映用户航向变化，根据陀螺仪数据可以得到用户运动方向，但是，由于惯性导航单元40输出的惯性导航数据具有误差，并且前一个惯性导航数据的误差会叠加到后一个惯性导航数据，这样在短时间内微控制单元30推算的位置和速度的误差会在几百米以上，因此，在推算过程中必须施加相关约束来减小误差。

请参照图3，行人在正常走路过程中，其步行速度具有一定的特性，即，每一步的某段时间都会呈现静止状态，例如，用户将定位设备10佩戴于左脚，则在右脚一次抬起到落下的这段时间内，左脚处于静止状态，这段时间内定位设备10检测到的步行速度可以看作是零速，零速时惯性导航单元40输出的惯性导航数据误差较小，因此，微控制单元30可以将零速作为约束条件来进行航迹推算，以此来减小室内定位结果的误差。

在本发明实施例中，用户进入室内，如果微控制单元30首次利用惯性导航单元40采集的惯性导航数据进行航迹推算，则前一定位结果为微控制单元30最新读取的GNSS芯片20采集的室外定位数据，否则，前一定位结果为微控制单元30航迹推算出的前一个室内定位数据。

另外，定位设备10每次输出的室内定位结果包括9个计算量，该室内定位结果可以用x表示，该室内定位结果包括三维位置坐标(X,Y,Z)、三维实时速度(Vx,Vy,Vz)、以及欧拉角(俯仰角，翻滚角，航向角)，即，定位设备10每次通过通信单元50发送至监控终端的室内定位结果均包括以上9个计算量。

基于以上原理，依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果的过程，可以包括预测子步骤和修正子步骤，请参照图4，预测子步骤为子步骤S1041，修正子步骤为子步骤S1042～S1044，下面进行详细描述。

子步骤S1041，获取前一定位结果，并依据前一定位结果进行预测，得到中间定位结果和步行速度预测值。

在本发明实施例中，中间定位结果包括系统状态矢量预测值及估计误差方差矩阵预测值，获取到前一定位结果之后，依据前一定位结果进行预测，得到中间定位结果和步行速度预测值的过程可以包括：

首先，依据前一定位结果及状态转移矩阵，利用公式计算出系统状态矢量预测值，其中，表示前一定位结果，Φ_m-1表示状态转移矩阵，表示系统状态矢量预测值；

需要指出的是，这里的系统状态矢量预测值就是对前一定位结果进行时间更新得到的用户预测位置，如果执行下述子步骤S1042判定当前惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速，则执行下述子步骤S1044得到当前定位结果，当前定位结果即为用户实际位置；如果执行下述子步骤S1042判定当前惯性导航数据对应的步行速度测量值不为零速，则执行下述子步骤S1043将中间定位结果作为前一定位结果并继续执行子步骤S1041，也就是，利用上一次时间更新得到的用户预测位置继续进行时间更新得到用户预测新位置，直至获取的当前惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速时，再执行下述子步骤S1044得到用户实际位置。然后，依据系统观测方程及上一步计算出来的系统状态矢量预测值，利用公式计算出步行速度预测值，其中，H_m表示系统观测方程，表示步行速度预测值；

最后，依据状态转移矩阵和系统噪声矩阵，利用公式对前一时刻的估计误差方差矩阵进行更新，得到估计误差方差矩阵预测值，其中，表示估计误差方差矩阵预测值，表示前一时刻的估计误差方差矩阵，表示状态转移矩阵的转秩，QD_m-1表示系统噪声矩阵。

子步骤S1042，判断实时获取的当前惯性导航数据对应的步行速度测量值是否为零速。

在本发明实施例中，由于惯导器件的特性，如果在航迹推算过程中不施加约束来减小误差，则几秒内微控制单元30推算的室内定位数据的误差会在几百米以上，因此，在推算过程中必须施加相关约束来减小误差。

由于人在正常走路过程中，每一步的某段时间都会呈现静止状态，即，步行速度为零速，零速时惯性导航单元40输出的惯性导航数据误差较小，根据这一特性，在惯性导航单元40测量的步行速度测量值为零速时，依据步行速度测量值和步行速度预测值对预估定位结果进行修正，因此，需要判断实时获取的当前惯性导航数据对应的步行速度预测值是否为零速，即，当前惯性导航数据是否是在用户静止状态下采集的，只有实时获取的当前惯性导航数据对应的步行速度预测值为零速时，即，只有用户处于静止状态时，才依据步行速度测量值和步行速度预测值对预估定位结果进行修正。

由于微控制单元30实时获取的惯性导航数据包括加速度数据和陀螺仪数据，根据惯性导航单元40的物理特性，对惯性导航单元40进行初始化扣除零偏后，用户处于静止状态时，加速度计采集的加速度数据仅受到重力的影响，在扣除重力影响后必然小于加速度噪声；同时，静止状态下用户不进行运动，角度不会有任何变化，陀螺仪采集的陀螺仪数据在扣除零偏后应当趋近于0，必然小于陀螺仪噪声。相反，用户处于运动状态时，加速度计采集的加速度数据及时扣除重力影响会远大于加速度噪声，陀螺仪采集的陀螺仪数据也会远大于陀螺仪噪声。因此，可以将扣除重力影响后的加速度数据与加速度噪声做对比、同时将陀螺仪数据与陀螺仪噪声做对比来进行零速检测，下面进行详细介绍。

基于上述分析，由于惯性导航数据的采样频率至少为100Hz，为了保证零速检测的稳定性和可靠性，可以选择短时间内取平均值的方法进行检测。具体来说，微控制单元30可以预先创建一个数据栈，该数据栈中按时间顺序存储有惯性导航单元40采集的多个惯性导航数据，每个惯性导航数据均有对应的计数，例如，1#惯性导航数据、2#惯性导航数据、3#惯性导航数据等。同时，合理选择平滑窗口大小，随着时间的变化，窗口向前滑动来判断惯性导航数据和惯导噪声的比值，再将该比值和预设阈值进行对比，若该比值小于预设阈值，则判定惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速。

也就是说，首先，依据当前惯性导航数据，利用公式计算出当前惯性导航数据与惯导噪声的比值，其中，W为窗口平滑个数，W可以设定为3及以上，W可以根据实际情况灵活调整，在此不作限定；k为当前惯性导航数据的计数，例如，2#惯性导航数据；为当前加速度数据，为当前陀螺仪数据；为(n，n+W-1)窗口对应的惯性导航数据平均值，例如，假设W设定为3，k为2#惯性导航数据，则为2#惯性导航数据、3#惯性导航数据及4#惯性导航数据的惯性导航数据平均值；为加速度噪声，为陀螺仪噪声。然后，判断比值是否小于预设阈值，预设阈值可以根据惯性导航单元40的特征灵活调整，在此不作限定；最后，如果比值小于预设阈值，则判定当前惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速，即，当前惯性导航数据是在用户静止状态下采集的。

子步骤S1043，将中间定位结果作为前一定位结果。

在本发明实施例中，如果子步骤S1042的执行结果为“否”，即，当前惯性导航数据不是在用户静止状态下采集的，则执行子步骤S1043将中间定位结果作为前一定位结果，并迭代执行子步骤S1041和子步骤S1042，直至子步骤S1042的执行结果为“是”，此时执行子步骤S1044。在这一过程中，微控制单元30实时获取的当前惯性导航数据是随着时间变化的，例如，微控制单元30执行子步骤S1041得到1#中间定位结果，当前惯性导航数据为9:00:00时刻获取到1#惯性导航数据，执行子步骤S1042结果为“否”，则执行子步骤S1043将1#中间定位结果作为前一定位结果执行子步骤S1041得到2#中间定位结果，当前惯性导航数据为9:00:05时刻获取到2#惯性导航数据，执行子步骤S1042结果为“是”，则执行子步骤S1044。

如果子步骤S1042的执行结果为“是”，即，当前惯性导航数据是在用户静止状态下采集的，则执行子步骤S1044，例如，微控制单元30执行子步骤S1041得到1#中间定位结果，当前惯性导航数据为9:00:00时刻获取到1#惯性导航数据，执行子步骤S1042结果为“是”，则直接执行子步骤S1044。

子步骤S1044，将中间定位结果作为预估定位结果，并依据步行速度测量值和步行速度预测值对预估定位结果进行修正，得到当前定位结果。

在本发明实施例中，当判定当前惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速，即，当前惯性导航数据对应用户静止状态时，将子步骤S1041预测得到的中间定位结果作为预估定位结果，依据步行速度测量值(即零速)和步行速度预测值对预估定位结果进行修正，得到当前定位结果，具体过程包括：

首先，依据估计误差方差矩阵预测值、系统观测方程和观测噪声方差矩阵，利用公式计算出当前时刻的估计误差方差矩阵，其中，H_m表示系统观测方程，R_m表示观测噪声方差矩阵，为当前时刻的估计误差方差矩阵；

然后，依据当前时刻的估计误差方差矩阵、观测噪声方差矩阵和系统观测方程，利用公式计算出增益矩阵，其中，k_m表示增益矩阵，为当前时刻的估计误差方差矩阵，H_m表示系统观测方程；

最后，依据增益矩阵、步行速度测量值和步行速度预测值，利用公式对系统状态矢量预测值进行修正，得到当前定位结果，其中，为当前定位结果，表示系统状态矢量预测值，k_m表示增益矩阵，表示步行速度预测值；为步行速度测量值，此处步行速度测量值为零速，即，

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

首先，目前常见的室外内结合导航，都是基于智能手机实现的，某些特殊场合(例如，涉密工厂或者军事单位等)禁止携带智能手机入内，又要求获得当前区域内人员的位置数据，本发明实施例提供的定位设备10是一种可穿戴设备，可以有效地解决这一问题。

其次，GNSS芯片20既可以支持单独的北斗导航系统，也可以支持GNSS多模导航，与目前仅支持GPS系统导航的其它定位设备相比，更加安全可靠。

第三，微控制单元30通过通信单元50将用户在室外时GNSS芯片20采集的室外定位数据、以及用户进入室内时依据惯性导航数据推算得到的室内定位结果实时发送至监控终端，具有良好的保密性。

第四，惯性导航单元40采集的惯性导航数据不容易受到周围环境的干扰，在航迹推算过程中将零速作为约束条件进行航迹推算，可以有效减小室内定位结果的误差，室内定位精度高。

另一种实施例

请参照图5，图5示出了本发明实施例提供的定位装置200的方框示意图。该定位装置200存储于微控制单元30的内存中，定位装置200包括至少一个可以软件或固件的形式存储于微控制单元30的内存中的软件功能模块。在定位设备10启动后，微控制单元30执行内存中存储的定位装置200以实现前述定位方法实施例揭示的应用于微控制单元30的定位方法。该定位装置200包括初始化模块201、数据读取模块202、数据获取模块203及定位更新模块204。

初始化模块201，用于当检测到定位设备启动时，对定位设备进行初始化，以去除惯性导航单元采集的惯性导航数据的零偏。

数据读取模块202，用于当读取到GNSS芯片采集的室外定位数据时，将室外定位数据发送至监控终端，当未读取到GNSS芯片采集的室外定位数据时，判定用户进入室内。

数据获取模块203，用于当检测到用户进入室内时，实时获取惯性导航单元采集的当前惯性导航数据。

定位更新模块204，用于依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将当前定位结果发送至监控终端。

在本发明实施例中，定位更新模块204执行依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果的方式，包括预测子步骤和修正子步骤，其中：预测子步骤，包括：获取前一定位结果，并依据前一定位结果进行预测，得到中间定位结果和步行速度预测值；修正子步骤，包括：判断实时获取的当前惯性导航数据对应的步行速度测量值是否为零速；若是，则将中间定位结果作为预估定位结果，并依据步行速度测量值和步行速度预测值对预估定位结果进行修正，得到当前定位结果；若否，则将中间定位结果作为前一定位结果，并按照预测子步骤迭代执行直至实时获取的当前惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速时，将中间定位结果作为预估定位结果，并依据步行速度测量值和步行速度预测值对预估定位结果进行修正，得到当前定位结果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的定位装置200的具体工作过程，可以参考前述定位方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的一种定位方法、装置及定位设备，所述定位设备还包括惯性导航单元，微控制单元与惯性导航单元电连接，所述方法包括：当检测到用户进入室内时，实时获取惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将当前定位结果发送至监控终端。与现有的室内定位技术相比，惯性导航单元采集的惯性导航数据不容易受到周围环境的干扰，定位精确度高。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims

1.一种定位方法，其特征在于，应用于定位设备的微控制单元，所述定位设备与监控终端通信连接，所述定位设备还包括惯性导航单元，所述微控制单元与所述惯性导航单元电连接，所述方法包括：

当检测到用户进入室内时，实时获取所述惯性导航单元采集的当前惯导数据；

依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将所述当前定位结果发送至所述监控终端。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果的步骤，包括预测子步骤和修正子步骤，其中：

所述预测子步骤，包括：

获取前一定位结果，并依据所述前一定位结果进行预测，得到中间定位结果和步行速度预测值；

所述修正子步骤，包括：

判断实时获取的当前惯性导航数据对应的步行速度测量值是否为零速；

若是，则将所述中间定位结果作为预估定位结果，并依据所述步行速度测量值和所述步行速度预测值对所述预估定位结果进行修正，得到当前定位结果；

若否，则将所述中间定位结果作为前一定位结果，并按照预测子步骤迭代执行直至实时获取的当前惯性导航数据对应的测量步行速度为零速时，将所述中间定位结果作为预估定位结果，并依据所述步行速度测量值和所述步行速度预测值对所述预估定位结果进行修正，得到当前定位结果。

3.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述中间定位结果包括系统状态矢量预测值及估计误差方差矩阵预测值；

所述依据前一定位结果进行预测，得到中间定位结果和步行速度预测值的步骤，包括：

依据前一定位结果及状态转移矩阵，利用公式计算出系统状态矢量预测值，其中，表示前一定位结果，Φ_m-1表示状态转移矩阵，表示系统状态矢量预测值；

依据系统状态矢量预测值及系统观测方程，利用公式计算出步行速度预测值，其中，H_m表示系统观测方程，表示步行速度预测值；

依据状态转移矩阵和系统噪声矩阵，利用公式对前一时刻的估计误差方差矩阵进行更新，得到估计误差方差矩阵预测值，其中，表示估计误差方差矩阵预测值，表示前一时刻的估计误差方差矩阵，表示状态转移矩阵的转秩，QD_m-1表示系统噪声矩阵。

4.如权利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述依据所述步行速度测量值和所述步行速度预测值对所述预估定位结果进行修正，得到当前定位结果的步骤，包括：

依据估计误差方差矩阵预测值、系统观测方程和观测噪声方差矩阵，利用公式计算出当前时刻的估计误差方差矩阵，其中，R_m表示观测噪声方差矩阵，为当前时刻的估计误差方差矩阵；

依据当前时刻的估计误差方差矩阵、观测噪声方差矩阵和系统观测方程，利用公式计算出增益矩阵，其中，k_m表示增益矩阵；

依据所述增益矩阵、步行速度测量值和步行速度预测值，利用公式对所述系统状态矢量预测值进行修正，得到当前定位结果，其中，为所述当前定位结果，为所述步行速度测量值，为所述步行速度预测值。

5.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述惯性导航单元包括加速度计和陀螺仪，所述微控制单元预先创建有数据栈，所述数据栈中按时间顺序存储有所述惯性导航单元采集的多个惯性导航数据，每个惯性导航数据均包括加速度数据和陀螺仪数据；

所述判断当前惯性导航数据对应的步行速度测量值是否为零速的步骤，包括：

依据所述当前惯性导航数据，利用公式计算出所述当前惯性导航数据与惯导噪声的比值，其中，W为窗口平滑个数，k为当前惯性导航数据的计数，为当前加速度数据，为当前陀螺仪数据，为(n，n+W-1)窗口对应的惯性导航数据平均值，为加速度噪声，为陀螺仪噪声；

判断所述比值是否小于预设阈值；

若是，则判定所述当前惯性导航数据对应的步行速度测量值为零速。

6.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述定位设备还包括GNSS芯片，所述GNSS芯片与所述微控制单元电连接，所述方法还包括：

当读取到所述GNSS芯片采集的室外定位数据时，将所述室外定位数据发送至所述监控终端，当未读取到所述GNSS芯片采集的室外定位数据时，判定用户进入室内。

7.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述方法还包括：

当检测到所述定位设备启动时，对所述定位设备进行初始化，以去除所述惯性导航单元采集的惯性导航数据的零偏。

8.一种定位装置，其特征在于，应用于定位设备的微控制单元，所述定位设备与监控终端通信连接，所述定位设备还包括惯性导航单元，所述微控制单元与所述惯性导航单元电连接，所述装置包括：

数据获取模块，用于当检测到用户进入室内时，实时获取所述惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；

定位更新模块，用于依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将所述当前定位结果发送至所述监控终端。

9.一种定位设备，其特征在于，所述定位设备与监控终端通信连接，所述定位设备包括微控制单元及惯性导航单元，所述微控制单元与所述惯性导航单元电连接；

所述惯性导航单元用于采集惯性导航数据并发送至所述微控制单元；

所述微控制单元用于当检测到用户进入室内时，实时获取所述惯性导航单元采集的当前惯性导航数据；

所述微控制单元还用于依据实时获取的当前惯性导航数据，对前一定位结果进行更新得到当前定位结果，并将所述当前定位结果发送至所述监控终端。

10.如权利要求9所述的定位设备，其特征在于，所述定位设备还包括GNSS芯片，所述GNSS芯片与所述微控制单元电连接；

所述微控制单元还用于当读取到所述GNSS芯片采集的室外定位数据时，将所述室外定位数据发送至所述监控终端，当未读取到所述GNSS芯片采集的室外定位数据时，判定用户进入室内。

11.如权利要求10所述的定位设备，其特征在于，所述定位设备还包括通信单元，所述通信单元与所述微控制单元电连接，且与所述监控终端通信连接，所述通信单元用于在所述微控制单元的控制下，将所述室外定位数据和所述当前定位结果发送至所述监控终端；所述通信单元包括无线保真芯片。