CN110672096A - 一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统 - Google Patents

一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统 Download PDF

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陈希
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Abstract

本发明公开了一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统。该方法包括：获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；根据加速度测量值和陀螺仪测量值，解算室内物体的运动姿态，得到四元数数据；根据四元数数据将载体坐标系中室内物体的加速度值转换为地理坐标系中室内物体的加速度值；对地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，根据校准后的加速度值，获得室内物体的实际速度；根据实际速度，确定室内物体的运动位置，完成对室内物体的定位。本发明提供的基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统，能够对室内物体进行精确定位，且具有定位效率高的特点。

Description

一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统
技术领域
本发明涉及移动定位技术领域，特别是涉及一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统。
背景技术
近年来，随着无线传感器网络，智能嵌入式设备和普适计算等技术的不断发展，人们对位置服务的需求不断增大。虽然全球定位系统(Global Positioning System，GPS)可以在室外实现较为精确的定位，但在室内环境或者高层建筑密集的地区却无法检测到信号。因此，基于室内的位置服务逐渐得到了人们的重视。室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成，形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。
对于室内定位技术，国外较为成熟的室内定位系统有Active Badge、LANDMARC、Horus和AH-Los等系统。而国内对于这方面的研究起步较晚，但也取得一些成绩，如北京航空航天大学的Weyes系统，中国科技大学通过UWB系统实现的高精度室内定位等。上述诸多室内定位解决方案依据硬件设备的种类可分为以下五类：基于基站的技术、基于WIFI的技术、基于无线传感器的技术、基于超宽带的技术和基于惯性传感器的技术。其中，基于基站的技术取决于基站信号，定位精度较低；基于WIFI、无线传感器和超宽带的室内定位方法虽有较高精度但成本较高，易受外界干扰；而基于惯性传感器的定位技术不依赖于任何外部信息，隐蔽性好且不受外界干扰，故设计采用基于惯性传感器的定位技术。
到目前为止，研究人员已经提出了多种基于惯性传感器的室内定位方法。然而，目前大多数研究人员都是采用九轴惯性传感器进行双积分法的室内定位，其中九轴包括三轴加速度、三轴陀螺仪以及三轴磁力计。当物体进行快速频繁运动时，使用九轴惯性传感器显然运算量较大。并且，在对惯性传感器进行数据融合时，采用卡尔曼滤波算法总是显得繁琐，计算量很大。因此，如何降低基于惯性传感器室内定位的计算复杂度提高定位效率，如何减少双积分法所带来的累积误差提高定位的精确度，成为基于惯性传感器室内定位亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统，能够对室内物体进行精确定位，且具有定位效率高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，包括：
获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动；
根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据；
分别构建载体坐标系和地理坐标系；所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系；
获取所述载体坐标系中所述室内物体的加速度值；
根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值；
对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值；
根据所述校准后的加速度值，获得所述室内物体的实际速度；
根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。
可选的，所述根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据，包括：
读取所述加速度测量值和陀螺仪测量值；
采用数字运动处理器，根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态得到所述四元数数据。
可选的，所述对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值，包括：
将所述加速度值减去重力加速度值，得到校准后的加速度值。
可选的，对所述地理坐标系中室内物体的加速度值采用零速度更新法进行校准，得到校准后的加速度值，包括：
获取所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度；
根据所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度，获取所述室内物体的加速度偏置误差；所述加速度偏置误差为ε：
Figure BDA0002243997180000031
其中，T为室内物体的一个运动周期，
Figure BDA0002243997180000032
为室内物体在t＝T时刻的瞬时速度，
Figure BDA0002243997180000033
为测得加速度值的积分变量；
根据所述加速度偏置误差和所述校准后的加速度值，确定得到所述室内物体的实际加速度矢量；所述实际加速度矢量为
Figure BDA0002243997180000034
Figure BDA0002243997180000035
其中，
Figure BDA0002243997180000036
为测得的加速度值，t为室内物体的运动时刻，t∈[0,T]。
可选的，所述根据所述校准后的加速度值，获得所述室内物体的实际速度，包括：
根据所述实际加速度矢量，确定所述室内物体的实际速度；所述实际速度为
Figure BDA0002243997180000037
Figure BDA0002243997180000038
其中，εt为由加速度偏置误差所导致的速度误差，
Figure BDA0002243997180000039
为实际加速度矢量的积分变量，
Figure BDA00022439971800000310
为瞬时速度，
一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，包括：
测量值获取模块，用于获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动；
四元数数据获取模块，用于根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据；
坐标系构建模块，用于分别构建载体坐标系和地理坐标系；所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系；
加速度值获取模块，用于获取所述载体坐标系中室内物体的加速度值；
加速度值转换模块，用于根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值；
加速度校准模块，用于对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值；
实际速度确定模块，用于根据所述校准后的加速度值，确定所述室内物体的实际速度；
运动位置确定模块，用于根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。
可选的，所述四元数数据获取模块包括：
测量值读取单元，用于读取所述加速度测量值和陀螺仪测量值；
解算单元，用于采用数字运动处理器，根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到所述四元数数据。
可选的，所述加速度校准模块包括：
第一校准单元，用于将所述加速度值减去重力加速度值，得到校准后的加速度值。
可选的，所述加速度校准模块包括：
瞬时速度获取单元，用于获取所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度；
加速度偏置误差获取单元，用于根据所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度，获取所述室内物体的加速度偏置误差；所述加速度偏置误差为ε：
其中，T为室内物体的一个运动周期，
Figure BDA0002243997180000052
为室内物体在t＝T时刻的瞬时速度，
Figure BDA0002243997180000053
为测得加速度值的积分变量；
实际加速度确定单元，用于根据所述加速度偏置误差ε和测得的加速度值，确定得到所述室内物体的实际加速度矢量；所述实际加速度矢量为
Figure BDA0002243997180000054
Figure BDA0002243997180000055
其中，
Figure BDA0002243997180000056
为测得的加速度值，t为室内物体的运动时刻，t∈[0,T]；
可选的，所述运动位置确定模块包括：
实际速度确定单元，用于根据所述实际加速度矢量，确定所述室内物体的实际速度；所述实际速度为
Figure BDA0002243997180000057
Figure BDA0002243997180000058
其中，εt为由加速度偏置误差所导致的速度误差，
Figure BDA0002243997180000059
为实际加速度矢量的积分变量，
Figure BDA00022439971800000510
为瞬时速度，
Figure BDA00022439971800000511
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统，通过对载体坐标系中室内物体的加速度值转换为地理坐标系中的加速度值，根据地理坐标系中室内物体的加速度值进一步得到物体的实际速度，根据实际速度可以快速得到室内物体的运动位置，以提高室内物体的定位效率。并且在对室内物体进行定位的过程中，还对地理坐标系中室内物体的加速度值和瞬时速度值进行校准，这进一步能够提高对室内物体进行定位的准确性。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明实施例所提供的基于惯性测量单元的室内物体定位方法的流程图；
图2为本发明实施例采用DMP解算运动姿态前的初始化程序代码图；
图3为本发明实施例坐标转换代码图；
图4为本发明实施例加速度积分代码图；
图5为本发明实施例采用加速度偏差校准的结果图；
图6为本发明实施例采用零速度更新算法(ZVU)的结果图；
图7为本发明实施例所提供的基于惯性测量单元的室内物体定位系统的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的目的是提供一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法和系统，能够对室内物体进行精确定位，且具有定位效率高的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
惯性测量单元(英文：Inertial measurement unit，简称IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。陀螺仪及加速度计是IMU的主要元件。IMU大多用在需要进行运动控制的设备，如汽车和机器人上。也被用在需要用姿态进行精密位移推算的场合，如潜艇、飞机、导弹和航天器的惯性导航设备等。针对惯性测量单元的上述特征，本发明提出如下技术方案：
图1为本发明实施例所提供的基于惯性测量单元的室内物体定位方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
S100、获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动；
S101、根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据；
S102、分别构建载体坐标系和地理坐标系；所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系；
S103、获取所述载体坐标系中所述室内物体的加速度值；
S104、根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值；
S105、对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值；
S106、根据所述校准后的加速度值，确定所述室内物体的实际速度；
S107、根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。
在实际应用过程中，上述方法是作为一种定位系统的控制算法进行应用的。该定位系统的硬件设备包括MPU6050芯片、STM32F103xB处理器、无线协调器节点、调试转接板和ARM Cortex仿真器。
在采用上述系统实施本发明所提供的室内物体定位方法，包括以下过程：
第一步：连接各部件，无线协调器节点均与MPU6050芯片和调试转接板连接，调试转接板再连接ARM Cortex仿真器，然后ARM Cortex仿真器通过USB接口连接电脑。
第二步：在电脑上打开在IAR环境下编写好的主程序，点击编译按钮，再点击下载调试按钮，获得最原始的加速度测量值ab和陀螺仪测量值gyrob。
第三步：对MPU6050芯片内部的数字运动处理器(DMP)和I2C进行初始化，读取加速度计ab和陀螺仪数据值gyrob，然后通过DMP解算运动姿态得到四元数q，并对四元数q进行归一化，将它转化为一个模长为1的四元数，即对四元数求模||q||，然后对四元数q每一项乘以四元数模||q||的倒数。具体来说，如图2所示，首先，利用dmp_load_motion_driver_firmware()命令，将DMP功能加载到MPU的内存。然后，通过dmp_set_orientation()命令设置陀螺仪方向。接着，通过dmp_set_fifo_rate()命令，设置DMP输出频率，最大可设置频率为200Hz。然后，当DMP检测到运动或撞击时，会触发DMP回调自检功能，所用命令为run_self_test()。最后，通过命令mpu_set_dmp_state()使能DMP的功能。当上述步骤全部完成，即成功加载了DMP驱动后，方可输出四元数数据，并对其进行归一化。
第四步：利用第三步得到的四元数q对载体坐标系的加速度值ab进行坐标转换，从而得到地理坐标系的加速度值an。具体来说，设地理坐标系为oxnynzn，载体坐标系为oxbybzb，物体运动时，在载体坐标系的测量值为ab(t)＝(abx(t),aby(t),abz(t))，经过坐标转换后，在地理坐标系中的值为an(t)＝(anx(t),any(t),anz(t))，转换关系如下：
Figure BDA0002243997180000081
其中qm(t)＝[q0(t),(q1(t),q2(t),q3(t))]为上一节DMP解算求得的t时刻的四元数，q* m(t)为qm(t)的共轭四元数，
Figure BDA0002243997180000082
表示四元数乘法。加速度矢量ab(t)和an(t)被看作纯矢量四元数，进行四元数乘法时，其标量部分等于零。如图3所示，在一个时间周期T内，通过得到每一时刻t的加速度ab(t)和四元数qm(t)计算坐标转换后的加速度an(t)。在进行四元数乘法前，先将加速度ab(t)变换成四元数qb(t)，其标量部分为零，矢量部分为加速度坐标(abx(t),aby(t),abz(t))，并先计算出qm(t)的共轭四元数q* m(t)，其计算方法为，标量部分不变，矢量部分为qm(t)矢量部分的相反数。然后进行四元数乘法，得到四元数qn(t)。最后将四元数qn(t)变换成加速度an(t)，因为四元数qn(t)的标量部分为0，所以矢量部分即为加速度an(t)。
第五步：对转换后的加速度进行偏差校准，然后再对其进行积分。通过上节的坐标转换，我们可以得到地理坐标系的加速度矢量an(t)，从an(t)中减去重力加速度gn(t)得到由运动驱使的加速度为
Figure BDA0002243997180000083
根据牛顿基本惯性定律，对物体的加速度进行积分得到瞬时速度，对物体的加速度进行双重积分，得到物体的位置。当物体从0时刻连续运动到t时刻，采样时间为t，运动的位置设为
Figure BDA0002243997180000084
瞬时速度设为
Figure BDA0002243997180000085
加速度计测量得到的加速度值为这三者之间的关系如下所示：
Figure BDA0002243997180000092
Figure BDA0002243997180000093
故在地理坐标系中结合公式(2)的结果对加速度
Figure BDA0002243997180000094
进行积分得到三维速度矢量
Figure BDA0002243997180000095
然后再对三维速度矢量
Figure BDA0002243997180000096
进行积分得到位置信息
Figure BDA0002243997180000097
第六步：利用零速更新方法修正加速度后对加速度进行双重积分得到最终结果。第五步所阐述的方法在理想情况下是可行的。但由于测量的加速度矢量存在噪声和漂移误差，如果此时对速度矢量
Figure BDA0002243997180000099
进行立即积分，将会导致位置估计误差无限放大。零速度更新算法(英文全称Zero VelocityUpdate，简称ZVU)是一种减小位置估计误差的算法。它的基本思想是：在运动的开始和结束的时候，理想速度是为零的。如果实际测量的速度不为零，强制将其设为零，即将实际速度(已知为零)与通过对加速度积分得到的速度的差值用于校正加速度偏置误差，从而减小位置估计误差。零速更新算法的推导过程如下：
Figure BDA00022439971800000910
Figure BDA00022439971800000911
在上述推导过程中，由运动驱使的加速度
Figure BDA00022439971800000913
分为两部分，
Figure BDA00022439971800000914
为实际加速度矢量，ε为加速度偏置误差，T表示物体运动的一个周期。在一个周期内，ε被认为是常量，物体运动时的初始速度为零，因此将公式(5)代入公式(3)可得实际速度的推导式(6)。其中，
Figure BDA00022439971800000915
为实际速度，εt是由加速度偏置误差导致的速度误差。当物体运动结束，即t＝T时，实际速度为零，将其代入公式(6)，可得公式(7)，即得加速度偏置误差ε，由ε即可减小位置估计误差。如图4所示，在一个时间周期T内，通过得到的加速度an(t)进行双重积分得到位置
Figure BDA0002243997180000101
首先得到每一时刻的由运动驱使的加速度
Figure BDA0002243997180000102
对其积分得到速度矢量。然后在一个周期T结束后计算出加速度偏置误差ε。紧接着再在一个周期T内，通过之前得到的由运动驱使的加速度和加速度偏置误差计算出实际加速度
Figure BDA0002243997180000104
对其积分得到实际速度
Figure BDA0002243997180000105
最后在一个周期T结束后，对实际速度
Figure BDA0002243997180000106
进行积分得到位置
Figure BDA0002243997180000107
其中，对加速度进行偏差校准可以使加速度在静止状态下的值更趋向于零，通过这样的设计可以使后续对加速度进行积分时，得到的速度及位置更为精确，其结果图如图5所示。
对加速度积分使用ZVU算法，运动结束时的速度更接近于零。所以采用零速更新算法能有效的减少加速度积分所带来的估计误差，其结果如图6所示。
本发明提供的基于惯性测量单元的室内物体定位方法，通过对载体坐标系中室内物体的加速度值转换为地理坐标系中的加速度值，根据地理坐标系中室内物体的加速度值进一步得到物体的实际速度，根据实际速度可以快速得到室内物体的运动位置，以提高室内物体的定位效率。并且在对室内物体进行定位的过程中，还对地理坐标系中室内物体的加速度值和瞬时速度值进行校准，这进一步能够提高对室内物体进行定位的准确性。
此外，本发明还提供了一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，如图7所示，该系统包括：测量值获取模块1、四元数数据获取模块2、坐标系构建模块3、加速度值获取模块4、加速度值转换模块5、加速度校准模块6、实际速度确定模块7和运动位置获取模块8。
其中，测量值获取模块1获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值。所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动。
四元数数据获取模块2根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据。
坐标系构建模块3分别构建载体坐标系和地理坐标系。所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系。
加速度值获取模块4获取所述载体坐标系中室内物体的加速度值。
加速度值转换模块5根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值。
加速度校准模块6对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值。
实际速度确定模块7根据所述校准后的加速度值，确定所述室内物体的实际速度。
运动位置获取模块8根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。
所述四元数数据获取模块2包括：测量值读取单元和解算单元。测量值读取单元读取所述加速度测量值和陀螺仪测量值。解算单元采用数字运动处理器，根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到所述四元数数据。
所述加速度校准模块6包括：第一校准单元。第一校准单元将所述加速度值减去重力加速度值，得到校准后的加速度值。
所述加速度校准模块6还包括：瞬时速度获取单元、加速度偏置误差获取单元和实际加速度确定单元。
瞬时速度获取单元获取所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度。加速度偏置误差获取单元根据所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度，获取所述室内物体的加速度偏置误差；所述加速度偏置误差为ε：
Figure BDA0002243997180000111
其中，T为室内物体的一个运动周期，
Figure BDA0002243997180000112
为室内物体在t＝T时刻的瞬时速度，
Figure BDA0002243997180000113
为测得加速度值的积分变量。实际加速度确定单元根据所述加速度偏置误差ε和测得的加速度值，确定得到所述室内物体的实际加速度矢量；所述实际加速度矢量为
Figure BDA0002243997180000114
其中，
Figure BDA0002243997180000116
为测得的加速度值，t为室内物体的运动时刻，t∈[0,T]。
所述运动位置确定模块包括实际速度确定单元。实际速度确定单元根据所述实际加速度矢量，确定所述室内物体的实际速度；所述实际速度为
Figure BDA0002243997180000121
其中，εt为由加速度偏置误差所导致的速度误差，
Figure BDA0002243997180000123
为实际加速度矢量的积分变量，
Figure BDA0002243997180000124
为瞬时速度，
Figure BDA0002243997180000125
本发明所提供的技术方案与现有技术的区别在于：
1、本发明是通过DMP解算运动姿态得到四元数而不是卡尔曼滤波，以提高定位效率。
2、本发明是使用四元数进行坐标转换而不是欧拉角、旋转矩阵等。
3、本发明是使用加速度偏差校准及ZVU算法减少位置估计误差，以提高定位精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，其特征在于，包括：
获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动；
根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据；
分别构建载体坐标系和地理坐标系；所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系；
获取所述载体坐标系中所述室内物体的加速度值；
根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值；
对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值；
根据所述校准后的加速度值，获得所述室内物体的实际速度；
根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，其特征在于，所述根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据，包括：
读取所述加速度测量值和陀螺仪测量值；
采用数字运动处理器，根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态得到所述四元数数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，其特征在于，所述对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值，包括：
将所述加速度值减去重力加速度值，得到校准后的加速度值。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，其特征在于，对所述地理坐标系中室内物体的加速度值采用零速度更新法进行校准，得到校准后的加速度值，包括：
获取所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度；
根据所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度，获取所述室内物体的加速度偏置误差；所述加速度偏置误差为ε：
Figure FDA0002243997170000021
其中，T为室内物体的一个运动周期，
Figure FDA0002243997170000022
为室内物体在t＝T时刻的瞬时速度，
Figure FDA0002243997170000023
Figure FDA0002243997170000024
为测得加速度值的积分变量；
根据所述加速度偏置误差和所述校准后的加速度值，确定得到所述室内物体的实际加速度矢量；所述实际加速度矢量为
Figure FDA0002243997170000025
Figure FDA0002243997170000026
其中，
Figure FDA0002243997170000027
为测得的加速度值，t为室内物体的运动时刻，t∈[0,T]。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位方法，其特征在于，所述根据所述校准后的加速度值，获得所述室内物体的实际速度，包括：
根据所述实际加速度矢量，确定所述室内物体的实际速度；所述实际速度为
Figure FDA0002243997170000028
Figure FDA0002243997170000029
其中，εt为由加速度偏置误差所导致的速度误差，
Figure FDA00022439971700000210
为实际加速度矢量的积分变量，
Figure FDA00022439971700000211
为瞬时速度，
Figure FDA00022439971700000212
6.一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，其特征在于，包括：
测量值获取模块，用于获取室内物体的加速度测量值和陀螺仪测量值；所述陀螺仪测量值包括所述物体绕水平轴、竖直轴和自转轴的角运动；
四元数数据获取模块，用于根据所述加速度测量值和所述陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到四元数数据；
坐标系构建模块，用于分别构建载体坐标系和地理坐标系；所述载体坐标系为以所述室内物体的重心为原点的坐标系；
加速度值获取模块，用于获取所述载体坐标系中室内物体的加速度值；
加速度值转换模块，用于根据所述四元数数据将所述载体坐标系中室内物体的加速度值转换为所述地理坐标系中室内物体的加速度值；
加速度校准模块，用于对所述地理坐标系中室内物体的加速度值进行校准，得到校准后的加速度值；
实际速度确定模块，用于根据所述校准后的加速度值，确定所述室内物体的实际速度；
运动位置确定模块，用于根据所述实际速度，确定所述室内物体的运动位置，完成对所述室内物体的定位。
7.根据权利要求6所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，其特征在于，所述四元数数据获取模块包括：
测量值读取单元，用于读取所述加速度测量值和陀螺仪测量值；
解算单元，用于采用数字运动处理器，根据所述加速度测量值和陀螺仪测量值，解算所述室内物体的运动姿态，得到所述四元数数据。
8.根据权利要求6所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，其特征在于，所述加速度校准模块包括：
第一校准单元，用于将所述加速度值减去重力加速度值，得到校准后的加速度值。
9.根据权利要求6所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，其特征在于，所述加速度校准模块包括：
瞬时速度获取单元，用于获取所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度；
加速度偏置误差获取单元，用于根据所述室内物体在一个运动周期内的瞬时速度，获取所述室内物体的加速度偏置误差；所述加速度偏置误差为ε：
Figure FDA0002243997170000041
其中，T为室内物体的一个运动周期，
Figure FDA0002243997170000042
为室内物体在t＝T时刻的瞬时速度， 为测得加速度值的积分变量；
实际加速度确定单元，用于根据所述加速度偏置误差ε和测得的加速度值，确定得到所述室内物体的实际加速度矢量；所述实际加速度矢量为
Figure FDA0002243997170000045
Figure FDA0002243997170000046
其中，
Figure FDA0002243997170000047
为测得的加速度值，t为室内物体的运动时刻，t∈[0,T]；
10.根据权利要求8或9所述的一种基于惯性测量单元的室内物体定位系统，其特征在于，所述运动位置确定模块包括：
实际速度确定单元，用于根据所述实际加速度矢量，确定所述室内物体的实际速度；所述实际速度为
Figure FDA0002243997170000049
其中，εt为由加速度偏置误差所导致的速度误差，
Figure FDA00022439971700000410
为实际加速度矢量的积分变量，
Figure FDA00022439971700000411
为瞬时速度，
Figure FDA00022439971700000412
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