WO2016198009A1 - 一种检测航向的方法和装置 - Google Patents

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王琳
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    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane

Definitions

  • the method further includes:
  • a first obtaining unit configured to substitute the acceleration and angular velocity of the mobile terminal into a first preset formula in the AHRS when the strength of the earth magnetic field is greater than or equal to a preset threshold, to obtain a preset coordinate system to be converted into a northeast sky coordinate
  • the rotation matrix of the system
  • the second obtaining module 20 is configured to set an acceleration of the mobile terminal in the acquired preset coordinate system,
  • the angular velocity and the strength of the earth's magnetic field are obtained by the azimuth reference system AHRS to obtain a rotation matrix that converts the preset coordinate system into the northeast sky coordinate system;
  • FIG. 5 is a schematic diagram of functional modules of a second obtaining module according to an embodiment of the present invention.
  • the second obtaining unit 22 is configured to, when the earth magnetic field strength is less than a preset threshold, substitute the acceleration, angular velocity and the earth magnetic field strength of the mobile terminal into the second preset formula in the AHRS to obtain the conversion of the preset coordinate system into the northeast sky coordinate system.
  • the rotation matrix is configured to, when the earth magnetic field strength is less than a preset threshold, substitute the acceleration, angular velocity and the earth magnetic field strength of the mobile terminal into the second preset formula in the AHRS to obtain the conversion of the preset coordinate system into the northeast sky coordinate system.
  • the rotation matrix is configured to, when the earth magnetic field strength is less than a preset threshold, substitute the acceleration, angular velocity and the earth magnetic field strength of the mobile terminal into the second preset formula in the AHRS to obtain the conversion of the preset coordinate system into the northeast sky coordinate system.
  • the determining unit 42 is configured to be vertical in the preset coordinate system according to the preset time The direction of rotation of the acceleration and the extracted line of the greatest change in the preset time determine the heading of the mobile terminal.
  • the mobile phone rotates with the forward swing of the leg, and the rotating axis is perpendicular to the moving direction, for a period of time before the foot hits the ground.
  • the heading of the mobile terminal is determined by using this phenomenon and the straight line where the acceleration change is the largest in the preset time.
  • the straight line where the Y axis is located is the straight line where the acceleration change is the maximum in the preset time
  • the positive direction of the Y axis is the positive direction of the walking
  • the X axis is the rotation axis of the angular velocity.
  • the above technical solution improves the stability of determining the heading and increases the applicable scenario for detecting the heading.

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Abstract

一种检测航向的方法和装置，该方法包括：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（10）；将获取的预置坐标系中的移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵（20）；根据转换获得的旋转矩阵，将预置坐标系中的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（30）；将获得的东北天坐标系中水平面内加速度的数据进行主成分分析，提取预置时间内变化最大加速度所在的直线，以获得移动终端的航向（40）。采用上述检测航向的方法和装置，移动终端无需处于固定持握姿态，提高了确定航向的稳定性，增加了检测航向的适用场景。

Description

一种检测航向的方法和装置 技术领域
本文涉及但不限于定位技术领域，尤其涉及一种检测航向的方法和装置。
背景技术
随着智能终端(例如手机)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，用户活动区域位于室内或者有建筑物遮挡的环境中时，卫星定位的精度下降，作为导航定位的重要手段的全球定位系统(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定位导航结果，必须借助其它定位增强技术。
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，推算出行人的行走方向，推算出行人的行走方向的过程也称为航向估计；再结合行人自身的步长模型，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。相关技术中的航向估计的方法包括：通过姿态和方位参考系统(AHRS，Attitude Heading Reference 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、俯仰角、翻滚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、翻滚角、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，稳定性差，适用场景受限。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种检测航向的方法和装置，能够提高确定航向的稳定性，提高确定适用场景的适用范围。
本发明实施例提供的一种检测航向的方法，所述方法包括：
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；
将获取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；
根据获得的所述旋转矩阵，将预置坐标系中的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；
将获得的所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
可选地，所述通过AHRS获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵包括：
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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵；
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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵。
可选地，所述获得所述移动终端的航向包括：
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，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线；
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提取的所述预置时间内变化最大的加速度所在的直线确定所述移动终端的航向。
可选地，所述方法还包括：
在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对获得的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。
可选地，所述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包括：
以大于50赫兹Hz的频率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。
可选的，所述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包括：
通过移动终端中的加速度计、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。
此外，本发明实施例还提供一种检测航向的装置，所述装置包括：
第一获得模块，设置为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；
第二获得模块，设置为将获取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；
第三获得模块，设置为根据获得的所述旋转矩阵，将所述预置坐标系中的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，设置为将获得的所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内变化最大加速度所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
可选地，所述第二获得模块包括：
第一获得单元，设置为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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵；
第二获得单元，设置为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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵。
可选地，所述处理模块包括：
分析单元，设置为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，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线；
确定单元，设置为根据预置时间内，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提取的所述预置时间内变化最大的加速度所在的直线确定所述移动终端的航向。
可选地，所述第一获得模块还设置为，对获得的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。
可选地，所述第一获得模块是设置为，
以大于50Hz的频率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。
可选地，所述第一获得模块是设置为，
通过移动终端中的加速度计、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。
与相关技术相比，本发明提供的技术方案，包括：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；将获取的预置坐标系中的移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度，通过航姿参考系统获得将移动终端的旋转矩阵；根据转换获得的旋转矩阵，将预置坐标系中的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；将获得的东北天坐标系中水平面内加速度的数据进行主成分分析，提取预置时间内变化最大加速度所在的直线，以获得移动终端的航向。通过上述方式，本发明实施例移动终端无需处于固定持握姿态，提高了确定航向的稳定性，增加了检测航向的适用场景。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图概述
图1为本发明检测航向的方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例获得旋转矩阵的流程示意图；
图3为本发明实施例获得移动终端的航向的流程示意图；
图4为本发明检测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功能模块示意图；
图6为本发明实施例中处理模块的功能模块示意图。
本发明的实施方式
下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供一种检测航向的方法。
参照图1，图1为本发明检测航向的方法第一实施例的流程示意图。
在本实施例中，该检测航向的方法包括：
步骤10，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；
可选的，本发明实施例通过移动终端中的加速度计、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。
本发明实施例可以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。实施中可以根据本发明实施例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，比如以移动终端所在平面为XY平面，移动终端左角位置为原点，坐标系中Z轴通过原点并垂直移动终端所在平面建立预置坐标系。当然原点也可以设置移动终端上其他地方。实施中还可以不以移动终端所在平面为XY平面，比如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移 动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；可选地，通过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。
需要说明的是，采用其他方式获得移动终端加速度、角速度和地球磁场强度的方式也可以应用与本发明实施例，例如、采用其他类型传感器获得的加速度。
可选地，在获得移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，本发明实施例还包括：对获得的预置坐标系中移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。可选地，将获得的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一个截止频率为5赫兹(Hz)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，或者通过本发明实施例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。
可选地，为提高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20。
步骤20，将获取的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(AHRS)获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
根据步骤10获得的预置坐标系中移动终端的加速度、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，旋转矩阵也可以描述为四元数。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，本实施例中可以以开始测量时，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30，根据获得的旋转矩阵，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的加速度；
需要说明的卫士，本发明实施例投影的实现为本领域技术人员的惯用技术手段，在此不再赘述。
根据步骤20获得的旋转矩阵，将在步骤10获得的加速度投影到东北天坐标系，获得东北天坐标系中加速度，取东北天坐标系中水平面内的加速度，即取东北天坐标系中XY平面中加速度。然后进入步骤S40。
步骤40，将获得的东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线，以获得移动终端的航向。
根据步骤30获得的东北天坐标系中水平面内的加速度，对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本领域广泛应用。提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，变化最大加速度所在的直线可以认为是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、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分别迈出一步时，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、移动终端放置在裤袋中，比如将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分别迈出一步，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变化最大的加速度所在的直线，进而判断出移动终端的航向。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，即行人的左右脚分别迈出一步，判断一次移动终端的航向。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。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实施例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通过其他的方式获得将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。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。这里，计算获得东北天坐标系中的加速度的方法为本领域技术人员的惯用技术手段，在此不再赘述。
本发明实施例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(AHRS)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。通过上述方式，本发明实施例将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(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为本发明实施例获得旋转矩阵的流程示意图，包括：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，通过航姿参考系统获得预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵的示意，
可选的，基于本发明检测航向的方法第一实施例，步骤20可以包括：
步骤21，当地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵；
需要说明的是，第一预置公式可以包括AHRS中的6轴模式计算公式，AHRS航姿参考系统为本领域技术人员的公知常识，即本发明实施例可以采用包括四元数微分方程求解旋转矩阵。
步骤22，当地球磁场强度小于预设阈值时，将移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵。
需要说明的是，第二预置公式可以包括采用AHRS中的9轴模式的计算公式，AHRS航姿参考系统是本领域技术人员公知的技术，即本发明实施例可以根据四元数微分方程求解旋转矩阵。
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。
可选的，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轴模式计算获得旋转矩阵。
参照图3，图3为本发明实施例获得移动终端的航向的流程示意图。包括：根据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，以获得移动终端的航向的示例。
基于本发明检测航向的方法第一实施例，步骤40可以包括：
步骤41，根据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42，根据预置时间内，角速度在预置坐标系中垂直加速度的旋转方向和预置时间内变化最大加速度所在的直线确定移动终端的航向。
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。
需要说明的是，上述实施例方法可以由移动终端执行，也可以由与移动终端通信连接的装置执行。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行上述检测航向的方法。
本发明实施例还提供一种检测航向的装置。
参照图4，图4为本发明检测航向的装置第一实施例的功能模块示意图。
在本实施例中，该检测航向的装置包括：
第一获得模块10，设置为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；
可选的，第一获得模块是设置为，
通过移动终端中的加速度计、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。
本发明实施例可以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。实施中可以根据本发明实施例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，比如以移动终端所在平面为XY平面，移动终端左角位置为原点，坐标系中Z轴通过原点并垂直移动终端所在平面建立预置坐标系。当然原点也可以设置移动终端上其他地方。实施中还可以不以移动终端所在平面为XY平面，比如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移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度；可选地，通过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。
需要说明的是，采用其他方式获得移动终端加速度、角速度和地球磁场强度的方式也可以应用与本发明实施例，例如、采用其他类型传感器获得的加速度。
可选地，在获得移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，本发明实施例还包括：对获得的预置坐标系中移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度进行滤波处理。可选地，将获得的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一个截止频率为5赫兹(Hz)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，或者通过本发明实施例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。
可选地，为提高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，设置为将获取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；
根据第一获得模块10获得的预置坐标系中移动终端的加速度、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，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，旋转矩阵也可以描述为四元数。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，本实施例中可以以开始测量时，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，设置为根据获得的旋转矩阵，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的加速度。
根据第二获得模块20获得的所述旋转矩阵，将获得的加速度投影到东北天坐标系，获得东北天坐标系中加速度，取东北天坐标系中水平面内的加速度，即取东北天坐标系中XY平面中加速度。
处理模块40，是设置为，将获得的东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线，以获得移动终端的航向。
根据第三获得模块30获得的东北天坐标系中水平面内的加速度，对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本领域广泛应用。提取预置时间内加速度变化最大所在的直线，变化最大加速度所在的直线就可以认为是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、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分别迈出一步时，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、移动终端放置在裤袋中，比如将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分别迈出一步，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变化最大的加速度所在的直线，进而判断出移动终端的航向。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，即行人的左右脚分别迈出一步，判断一次移动终端的航向。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。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实施例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通过其他的方式获得将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。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。
本发明实施例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(AHRS)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。通过上述方式，本发明实施例将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(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功能模块示意图。
基于本发明检测航向的装置的第一实施例，第二获得模块20可以包括：
第一获得单元21，设置为当地球磁场强度大于或等于预设阈值时，将移动终端的加速度和角速度代入AHRS中第一预置公式，获得将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，设置为当地球磁场强度小于预设阈值时，将移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度代入AHRS中第二预置公式，获得将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。
可选的，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轴模式计算获得旋转矩阵。
参照图6，图6为本发明实施例中处理模块的功能模块示意图。
基于本发明检测航向的装置第一实施例，处理模块40可以包括：
分析单元41，设置为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，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线；
确定单元42，设置为根据预置时间内，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提取的所述预置时间内变化最大的加速度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。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的每个模块/单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请，如本发明实施方式中的具体的实现方法。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
工业实用性
上述技术方案提高了确定航向的稳定性，增加了检测航向的适用场景。

Claims (12)

  1. 一种检测航向的方法，所述方法包括：
    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；
    将获取的预置坐标系中的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；
    根据获得的旋转矩阵，将所述预置坐标系中的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；
    将获得的所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
  2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述通过AHRS获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的旋转矩阵包括：
    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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵；
    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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵。
  3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述获得所述移动终端的航向包括：
    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，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线；
    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提取的所述预置时间内变化最大的加速度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，所述方法还包括：
    在获得所述移动终端的加速度、角速度和地球磁场强度时，对获得的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所述的方法，其中，所述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包括：
    以大于50赫兹Hz的频率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。
  6. 根据权利要求1～5任一项所述的方法，其中，所述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包括：
    通过移动终端中的加速度计、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。
  7. 一种检测航向装置，所述装置包括：
    第一获得模块，设置为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；
    第二获得模块，设置为将获取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；
    第三获得模块，设置为根据获得的所述旋转矩阵，将所述预置坐标系中的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，设置为将获得的所述东北天坐标系中水平面内的加速度进行主成分分析，提取预置时间内变化最大加速度所在的直线，以获得所述移动终端的航向。
  8. 如权利要求7所述的装置，其中，所述第二获得模块包括：
    第一获得单元，设置为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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵；
    第二获得单元，设置为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，获得将预置坐标系转换为东北天坐标系的所述旋转矩阵。
  9. 如权利要求7所述的装置，其中，所述处理模块包括：
    分析单元，设置为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，提取预置时间内变化最大的加速度所在的直线；
    确定单元，设置为根据预置时间内，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提取的所述预置时间内变化最大的加速度所在的直线确定所述移动终端的航向。
  10. 如权利要求7所述的装置，所述第一获得模块还设置为，对获得的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。
  11. 如权利要求7所述的装置，其中，所述第一获得模块是设置为，
    以大于50Hz的频率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。
  12. 如权利要求7～11所述的装置，其中，所述第一获得模块是设置为，
    通过移动终端中的加速度计、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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107202594A (zh) * 2017-05-11 2017-09-26 深圳合优科技有限公司 一种基于mtk平台的数据处理方法和装置
CN111506866A (zh) * 2020-04-03 2020-08-07 嘉兴毕格智能科技有限公司 一种确定航天器落地点的方法
CN112346454A (zh) * 2020-10-28 2021-02-09 博康智能信息技术有限公司 基于神经网络的无人船控制方法及其系统

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110023716A (zh) 2017-05-25 2019-07-16 深圳市大疆创新科技有限公司 用于控制无人飞行器的方法和设备
CN107917707B (zh) * 2017-11-20 2021-07-23 北京邮电大学 一种任意姿态下行人方向的确定方法、装置及电子设备
CN108413957A (zh) * 2017-12-06 2018-08-17 上海交通大学 使用移动终端在多种携带方式下进行行人航向估计的方法
CN111435083A (zh) * 2019-01-11 2020-07-21 阿里巴巴集团控股有限公司 行人航迹推算方法、导航方法及装置、手持终端及介质
CN111693041B (zh) * 2019-03-12 2022-03-08 腾讯科技（深圳）有限公司 方向定位方法、装置及存储介质
CN110686672A (zh) * 2019-10-23 2020-01-14 北京航空航天大学 一种适用于配带智能手机行人的行走航向检测方法
CN111457789B (zh) * 2020-03-26 2022-08-19 北京仿真中心 一种实验室坐标系下的地球自转修正方法和系统
CN112327004B (zh) * 2020-10-20 2022-11-18 北京嘀嘀无限科技发展有限公司 车辆加速度确定方法、装置、存储介质和电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245797A (zh) * 2012-02-07 2013-08-14 精工爱普生株式会社 状态检测装置、电子设备以及状态检测方法
EP2657647A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Method for estimating the position and orientation using an inertial measurement unit fixed to a moving pedestrian
WO2014010727A1 (ja) * 2012-07-13 2014-01-16 独立行政法人産業技術総合研究所 移動体の進行方向推定装置及び進行方向推定方法
WO2014039552A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-13 Sensor Platforms, Inc. System and method for estimating the direction of motion of an entity associated with a device
JP2014167460A (ja) * 2013-02-01 2014-09-11 Ricoh Co Ltd 慣性装置、方法及びプログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245797A (zh) * 2012-02-07 2013-08-14 精工爱普生株式会社 状态检测装置、电子设备以及状态检测方法
EP2657647A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Method for estimating the position and orientation using an inertial measurement unit fixed to a moving pedestrian
WO2014010727A1 (ja) * 2012-07-13 2014-01-16 独立行政法人産業技術総合研究所 移動体の進行方向推定装置及び進行方向推定方法
WO2014039552A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-13 Sensor Platforms, Inc. System and method for estimating the direction of motion of an entity associated with a device
JP2014167460A (ja) * 2013-02-01 2014-09-11 Ricoh Co Ltd 慣性装置、方法及びプログラム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FANG, SHUZHI;: "Research of Indoor-outdoor Navigation Scheme Based on Multi-mode Wireless Localization Technology", ELECTRONIC TECHNOLOGY & INFORMATION SCIENCE , CHINA MASTER'S THESES FULL-TEXT DATABASE, 15 August 2015 (2015-08-15), ISSN: 1674-0246 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107202594A (zh) * 2017-05-11 2017-09-26 深圳合优科技有限公司 一种基于mtk平台的数据处理方法和装置
CN111506866A (zh) * 2020-04-03 2020-08-07 嘉兴毕格智能科技有限公司 一种确定航天器落地点的方法
CN112346454A (zh) * 2020-10-28 2021-02-09 博康智能信息技术有限公司 基于神经网络的无人船控制方法及其系统
CN112346454B (zh) * 2020-10-28 2023-08-18 博康智能信息技术有限公司 基于神经网络的无人船控制方法及其系统

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