基于GLRT零速检测算法的行人室内定位系统
基于压力传感器辅助的行人室内定位零速修正方法
基于压力传感器辅助的行人室内定位零速修正方法赵小明;邓芳瑾;杨松普;李巍【摘要】Aiming at the problem of poor positioning accuracy of the available pedestrian indoor positioning navigation systems, a pressure capsule-aided zero-velocity update (ZUPT) algorithm is proposed. The micro-inertial measurement unit (MIMU) is combined with a pressure capsule to detect the stance phase between steps based on the statistical characteristic of foot MIMU and pressure capsule during walking. By setting the thresholds of acceleration magnitude, specific force slip variance, angular rate magnitude and plantar pressure based on traditional SINS navigation algorithm, a pressure capsule-aided ZUPT method with multi-condition constraints is developed to improve the navigation accuracy. An improved Kalman filter is designed for ZUPT to estimate the attitude, velocity and position errors. Therefore, the navigation precision can be improved by feeding these estimated errors back to the original navigation system. Experiment results indicate the necessity of fusing pressure information and show that the proposed ZUPT algorithm can efficiently reduce the drift errors of the MEMS inertial sensors and make the system's accuracy less than 1%D under walking and running conditions.%针对现有行人室内定位导航系统定位精度差的问题,设计了一种压力传感器辅助微惯性测量单元的多条件约束零速修正方法.将微惯性测量单元和压力传感器固连在鞋上,用来测量人体脚部运动信息.在经典捷联解算基础上通过对行走时微惯性测量单元和压力传感器的统计特性进行分析,对加速度模值、滑动方差、角速度模值、足底压力设定阈值,用以检测行走过程中的零速区间,通过基于零速修正的卡尔曼滤波估计姿态误差、速度误差和位置误差,反馈校正后对微惯性测量单元的累积误差进行修正.最后通过对比试验证明了压力传感器辅助下的零速修正方法提高了系统导航定位精度,步行和跑动时的水平定位精度优于1%D.【期刊名称】《中国惯性技术学报》【年(卷),期】2018(026)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】微机电系统;压力传感器;零速修正;室内定位【作者】赵小明;邓芳瑾;杨松普;李巍【作者单位】天津航海仪器研究所,天津 300131;天津航海仪器研究所,天津300131;天津航海仪器研究所,天津 300131;天津航海仪器研究所,天津 300131【正文语种】中文【中图分类】U666.1全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）因其可以为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，已广泛应用于军事及民用等各个领域，给人们的生活提供了极大的便利。
基于GLRT零速检测算法的行人室内定位系统
基于GLRT零速检测算法的行人室内定位系统樊启高;孙艳;孙璧文;庄祥鹏【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)011【摘要】针对微机电系统中惯性传感器漂移大、精度低导致室内行人定位精度不高的问题,本系统在惯性导航解算算法的基础上,提出基于广义似然比检验的零速检测算法.该方法是利用广义似然比检验对行人处于站立相或摆动相的概率进行估计以及进行零速更新,提高行人定位精度.基于本文提出的行人室内定位模型,搭建以惯性测量单元为核心的实验平台,评估本文算法的可行性.实验结果表明行人定位的动态误差为-1.8141 m~1.4516 m,置信度为97.61%.表明本文的行人室内定位系统满足实际定位的要求.%Due to the inertial sensors's large drift and low accuracy in micro electro mechanical system,the accuracy of pedestrian indoor location is low. Based on the inertial navigation,this paper presents the zero speed detection al-gorithm of the generalized likelihood ratio test. This algorithm uses the generalized likelihood ratio test to estimate the probability of pedestrians standing or swinging,and updates the speed of the standing,in order to improve the accuracy pedestrian location. Based on the proposed indoor pedestrian location model,build an experimental platform with the inertial measurement unit,and evaluate the feasibility of the model. The experimental results show that the dynamic error is -1.814 1 m~1.451 6 m,and the confidence level is 97.61%,and indicate thispedestrian indoor positioning system meets the requirements of practical location.【总页数】6页(P1706-1711)【作者】樊启高;孙艳;孙璧文;庄祥鹏【作者单位】江南大学物联网工程学院,江苏无锡214122;江南大学物联网工程学院,江苏无锡214122;江南大学物联网工程学院,江苏无锡214122;江南大学物联网工程学院,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.行人惯性导航零速检测算法 [J], 费程羽;苏中;李擎2.多条件约束的行人导航零速区间检测算法 [J], 田晓春;陈家斌;韩勇强;杨黎明;尹静源3.基于foot-mounted IMU零速区间的行人步态检测算法 [J], 李飞;王朋远4.基于改进零速检测方法的室内定位系统 [J], 郭春丽;毛素梅;黄瑞航;丁建旭5.基于自适应阈值的行人惯性导航零速检测算法 [J], 岑世欣;高振斌;于明;曾成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
零速修正辅助的微惯性行人导航定位方法
零速修正辅助的微惯性行人导航定位方法摘要：基于惯性测量组件足部安装方式的行人导航系统，以捷联惯性导航为主提供导航信息，通过行人足部运动信息进行零速检测触发基于卡尔曼滤波的零速修正，补偿导航系统误差，并结合磁传感器提供行人初始姿态信息，通过四元数算法提供行人行进过程中的姿态信息。
上述方案可以解决在GPS信号受屏蔽或严重受损无法进行行人定位的问题。
关键词：零速修正；卡尔滤波器；微惯性行人导航一、微惯性行人导航算法研究惯性导航系统由三部分组成：1、惯性测量装置，包括陀螺仪、加速度计（简称加表）、磁传感器。
2、人工的物理平台和计算机模拟数字平台为两种惯导平台，加速度计上的信息由惯导平台的陀螺仪模拟和跟踪导航坐标系，传输到坐标系上，载体即时的姿态与位置信息即可计算或模拟出。
3、导航计算机，平台跟踪回路的指令角速度可由导航解算计算。
捷联惯性导航解算主要包括为两个部分：对于姿态矩阵的解算和导航解算，也就是对数字平台的解算和对位置速度的解算。
以东北天指向的地理坐标系作为导航坐标系。
系统启动后在静态条件下，利用加速度信息，通过水平自对准得到足部惯性传感组件的初始横滚角与俯仰角，并通过磁强计的信号输出至导航计算机，结合初始横滚角与俯仰角得到足部惯性/地磁传感组件的初始航向角，进而获得初始姿态角；基于足部惯性/地磁传感组件中的三轴陀螺仪数据，采用四元数法进行姿态解算；把基于足部的惯性传感器组件中的三轴加速度计原始输出通过姿态转移矩阵转换到导航坐标系中，解算出人体足部在地理系中的速度，通过行进中的速度在导航坐标系中的投影，进一步求得人体的位置信息。
1.零速检测算法常见的行人步态检测方法包括零速检测，峰值检测和交叉检测。
传统的零速检测方法是设置一个滑动窗口，以读取随时间变化的加速度数据，计算滑动窗口中加速度的方差，并将其与预设阈值进行比较。
如果该值大于阈值，则确定其处于运动状态，否则处于静止状态。
然而这种方法有一定缺陷。
室内定位系统中的行人航迹推算研究
研究方法：本次演示研究的方法主要包括位置信息采集、导航地图构建、定位 算法和行人匹配四个部分。首先，通过智能手机采集位置信息，包括经纬度、 磁场强度、加速度等数据，为后续定位提供基础数据。其次，构建导航地图， 将实际场景转化为虚拟空间，为定位提供参照。接着，设计定位算法，包括基 于距离的定位算法和基于角度的定位算法，以实现精确定位。
深入研究行人的运动特征和规律，提高航迹推算精度；（2）考虑将人工智能、 机器学习等技术应用于航迹推算，优化算法性能；（3）开展多传感器融合、 高精度地图匹配等技术的研究，提升室内定位系统的整体性能；（4）结合实 际应用场景，开发具有实用价值的室内定位系统。
参考内容
基本内容
随着科技的快速发展，定位技术已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。在 室内环境下，由于卫星信号无法完全覆盖，定位精度和可靠性成为室内定位技 术的挑战。本次演示提出了一种基于便携设备的行人航位推算（PDR）室内定 位技术，旨在提高室内定位的精度和可靠性。
3、与移动支付等应用集成：将室内导航系统与移动支付、社交应用等集成， 实现多功能一体化的用户体验。
4、个性化导航服务：根据用户习惯和偏好，提供个性化的导航服务，包括路 径规划、信息推送等。
5、数据共享与合作：通过与其他导航系统、地图服务商等共享数据资源，实 现合作共赢，提高整体导航服务质量。
参考内容三
本次演示从室内定位系统的角度出发，对行人航迹推算进行了深入研究。实验 结果表明，本次演示提出的方法在室内环境中具有较高的定位精度和稳定性。 然而，仍然存在一些问题需要进一步研究和改进，如对于复杂环境下的行人行 为识别、如何提高航迹推算对于不同人群的普适性等。此外，未来的研究可以 从以下几个方面展开：（1）
引言：随着移动互联网技术的发展，人们对于位置服务的需求日益增长。尤其 在室内环境下，由于信号遮挡、地形复杂等因素，室内定位与导航技术成为了 一个难点问题。基于智能手机的室内行人定位与导航技术，由于其具有设备普 及率高、携带方便等优势，成为了研究热点。本次演示旨在研究基于智能手机 的室内行人定位与导航技术，提高定位与导航的精度和便捷性，为实际应用提 供技术支撑。
行人惯性导航零速检测算法
行人惯性导航零速检测算法
费程羽;苏中;李擎
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2016(35)3
【摘要】在行人惯性导航中,零速检测是实现速度误差清零和导航误差估计的前提,有着重要的作用.针对行人运动过程中零速区间时间间隔短难以检测的问题,提出了一种基于人体脚部运动特征的零速检测算法,将步行运动抽象成了一个包含4个隐含状态与15个观测量的隐马尔可夫模型,并阐述了模型构建机理.利用Baum-Welch算法训练和优化模型参数,提高了检测准确率.实验结果表明:所提出的方法零速检测效果较好,且采用该方法的行人惯性导航系统,其定位误差约为行进距离的0.73％,定位精度较高.
【总页数】5页(P147-150,153)
【作者】费程羽;苏中;李擎
【作者单位】北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室,北京100101;北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室,北京100101;北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室,北京100101
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.9
【相关文献】
1.基于GLRT零速检测算法的行人室内定位系统 [J], 樊启高;孙艳;孙璧文;庄祥鹏
2.基于惯性导航的步行者零速检测算法 [J], 李刘颂;徐向波
3.基于foot-mounted IMU零速区间的行人步态检测算法 [J], 李飞;王朋远
4.一种用于足绑式行人惯性导航的区间搜索零速检测器 [J], 陈泽;潘献飞;陈昶昊;吴美平
5.基于自适应阈值的行人惯性导航零速检测算法 [J], 岑世欣;高振斌;于明;曾成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于伪自适应阈值零速检测法的室内个人导航系统
基于伪自适应阈值零速检测法的室内个人导航系统王普;潘凯;任明荣;张晓东【期刊名称】《北京工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)009【摘要】为了限制惯导误差的增长，根据人行走的规律提出了一种基于个人的多种步态模式下的伪自适应阈值零速检测法.通过加速度方差和陀螺模值的平方和作为检测依据，设置一个滑动的时间窗口来判断行人的运动模式，以此来自调节阈值的大小，对跑、走、台阶等运动模式都具有稳定可靠的检测效果.由于航向角不可观测，无法使用卡尔曼零速修正算法对航向角进行修正.采用融合室内地图的粒子滤波算法使穿越墙壁的粒子权重为零，对于大误差数据，通过自适应重采样的方法来有效避免粒子的严重退化现象.实验结果表明：速度在3m/s内零速检测的准确率达到97%以上.采用融合室内地图的粒子滤波算法后，正常行走约210 m的距离室内定位误差从原来的2.3 m降低到0.2 m.【总页数】6页(P1308-1313)【作者】王普;潘凯;任明荣;张晓东【作者单位】北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京摇 100124;北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京摇 100124;北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京摇 100124;北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京摇100124【正文语种】中文【中图分类】U666.1【相关文献】1.基于自适应阈值\"双K算法\"的\r零件缺陷边缘检测 [J], 任浪;管声启;洪奔奔;常江2.基于伪标准差和N-P准则的行人导航零速检测 [J], 戴洪德;李松林;周绍磊;全闻捷3.基于三条件零速检测的行人定位导航系统设计 [J], 杨梦瑶;种阳;汪宇晴;张卓凡4.基于SVM自适应零速检测的行人自主导航算法 [J], 纪志农;苗宏胜;李海军;孙伟5.基于自适应阈值的行人惯性导航零速检测算法 [J], 岑世欣;高振斌;于明;曾成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于三条件零速检测的行人定位导航系统设计
基于三条件零速检测的行人定位导航系统设计
杨梦瑶，种阳，汪宇晴，张卓凡
（北京林业大学 工学院，北京 100083）
摘要：为了跟踪定位徒步行走人员的实时位置，设计了一种基于三条件零速检测的行人定位导航系统。首先采集脚面的 9 轴数据：三轴加速度、角速度、磁强，然后利用卡尔曼滤波算法进行滤波处理，对处理后的数据用三条件判断的零速检测算 法判断运动状态零速时刻，运用行人航迹推算算法进行定位解算。经过实验验证：该方法准确度达到 94.5%，满足行人的 导航定位的要求，并提高了导航定位的实时性与准确性。 关键词：导航；行人定位；行人航迹推算；零速检测；卡尔曼滤波 中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2019)26-0105-03
速点，导致行人的速度、位置误差增加[7]。卡尔曼滤波算法在数 据滤波和参数评估方面效果显著[8]。原始数据波形图中存在噪 声干扰，可通过卡尔曼滤波算法对其进行去除。
本文采用一种基于三条件零速检测[8]的行人定位导航系 统。利用卡尔曼滤波算法进行滤波处理，利用三条件判断的零 速检测算法确定零速区间，使用行人航迹推算（PDR）算法解算 行人的位置与姿态信息。提高了定位导航的实时性与准确性。
Key words: navigation; pedestrian position; pedestrian-dead-reckoning; zero velocity detection; kalman filtering
1 引言
捷联惯导系统是一种完全自主导航系统[1]，具有短时高精 度和高稳定性等特点，在军事及民用方面都有较广泛的应用前 景[2]。在我国，对行人导航的研究起步较晚，目前市面上大多数 个人导航系统主要依靠 GPS 定位[3]。在郁闭度较高的空间环境 下，卫星信号无法正常接收，常规的 GPS 卫星定位系统不能正 常工作[4]，WIFI 等无线网络导航方式精度较高，但需要预设传 感器节点，并标定信号强度与地理位置的关系，成本高且不适 于广阔的场地[5]。惯性导航具有不怕干扰、隐蔽性好、完全自主 等优点[6]，该定位方式应用逐渐广泛。行人航迹推算算法的定 位精度取决于初始位置和姿态信息的精确性以及推算过程中 速度的航向信息求解，包括航向、步频和步长的估计。目前，常 用的零速检测算法是基于对传感器输出的加速度和角速度的 模值、方差以及幅值的单一值与已设定的阈值进行比较，提取 出步态中的零速点。但这类算法易误判零速区间导致丢失零
室内行人自主定位算法的研究
室内行人自主定位算法的研究张博;贾浩男;赵皎【摘要】室内定位与导航在军事单兵系统、消防定位和大型场馆引导领域都拥有非常大的需求.由于GNSS导航在复杂的室内环境下会出现衰减、多径等问题,因此针对行人的基于低成本MEMS惯性传感器的行人航位推算(Personal Dead-reckoning,PDR)导航系统成为该领域的研究热点.以捷联惯性导航原理为基础,设计了室内行人自主定位算法并实现了该算法实时地解算行人位置,该系统模块佩戴于行人脚部,可以完成在室内环境中行人所在位置的实时定位.实验结果表明,该室内行人自主定位算法的精度在行进距离的1%以内,达到了室内定位功能的要求.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2017(047)008【总页数】5页(P31-35)【关键词】室内定位;惯性传感器;零速检测;姿态更新【作者】张博;贾浩男;赵皎【作者单位】卫星导航系统与装备技术国家重点实验室,河北石家庄050081;卫星导航系统与装备技术国家重点实验室,河北石家庄050081;卫星导航系统与装备技术国家重点实验室,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN961Abstract The fields of military pedestrian system,firefighting and large venues have a very large demand of indoor positioning andnavigation.GNSS navigation will be chanllenged by attenuation,multipath and other issues in a complex indoor environment.The Personal Dead-reckoning navigation system based on low-cost MEMS inertial sensors become a hot topic in the field.In this paper,the algorithm of pedestrian autonomous positioning is designed and used to solve pedestrian location in real time based on the strapdown inertial navigation system.The system module is worn on the pedestrian foot,and can complete the pedestrian location in indoor and outdoor environment.Experiment results show that the accuracy of the indoor pedestrian localization algorithm is within 1% of the travel distance,which meets the requirement of indoor positioning function.Key words indoor positioning;inertial sensor;zero velocitydetection;attitude update随着现代化建设的进程不断深入以及大型场馆建筑日益增多，对于室内的和一些未接收GPS信号的区域，自主的定位与导航技术的需求会越来越大[1]。
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（ Jiang Nan University， School of IOT Engineering， Wuxi Jiangsu 214122， China）
Abstract： Due to the inertial sensors’ s large drift and low accuracy in micro electro mechanical system， the accuracy of pedestrian indoor location is low． Based on the inertial navigation， this paper presents the zero speed detection algorithm of the generalized likelihood ratio test． This algorithm uses the generalized likelihood ratio test to estimate the probability of pedestrians standing or swinging， and updates the speed of the standing， in order to improve the accuracy pedestrian location． Based on the proposed indoor pedestrian location model， build an experimental platform with the inertial measurement unit， and evaluate the feasibility of the model． The experimental results show that the dynamic error is － 1．814 1 m 1．451 6 m， and the confidence level is 97．61% ， and indicate this pedestrian indoor positioning system meets the requirements of practical location． Key words： pedestrian indoor location； inertial navigation； generalized likelihood ratio test； nertial measurement unit EEACC： 7120 doi： 10．3969 / j．issn．1004 － 1699．2017．11．016
［9 ］ 航迹推算 PDＲ （ Pedestrian Dead Ｒeckoning ） 算法 ，
等， 这些定位与导航技术基本是基于全球定位系统
［3 ］
。由 于 现 在 城 市 化
进程的加快， 大而密封的室内环境日益增多， 各种高 楼和地下场所也层出不穷。因此基于无线传感器网 络
［4 ］ ［7 ］ 、 ＲFID［5］、 ZigBee［6］、 蓝牙 等室内定位技术也
关键词： 行人室内定位； 惯性导航解算算法； 广义似然比检验； 零速检测算法； 惯性测量单元； 中图分类号： TP212 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 1699（ 2017） 11 － 1706 － 06 现在的定位与导航技术已经比较成熟， 在人们 ， 日常的生活中 各种设备中的系统都在为人们提供 地理 信 息 服 务， 如手机导航 GPS（ Global Position System ）
* 基于 GLＲT 零速检测算法的行人室内定位系统
* 樊启高 ， 孙
艳， 孙璧文， 庄祥鹏
（ 江南大学物联网工程学院 ， 江苏 无锡 214122）
摘
要： 针对微机电系统中惯性传感器漂移大 、 精度低导致室内行人定位精度不高的问题 ， 本系统在惯性导航解算算法的基
提出基于广义似然比检验的零速检测算法 。该方法是利用广义似然比检验对行人处于站立相或摆动相的概率进行估 础上， 提高行人定位精度。基于本文提出的行人室内定位模型 ， 搭建以惯性测量单元为核心的实验平台 ， 评 计以及进行零速更新， 估本文算法的可行性。实验结果表明行人定位的动态误差为 －1．814 1 m 1．451 6 m， 置信度为 97．61% 。表明本文的行人室内 定位系统满足实际定位的要求 。
［1 ］ ［2 ］ ， 车载导航系统 ，
MEMS IMU （ MicroElectroMechanical SystemInertial Measurement Unit） ［8］的行人室内定位技术被提出。 MEMS IMU 不易受外界环境因素的干扰并具有自主 性， 可满足在封闭的无射频信号的室内环境下定位 技术的要求。 目前行人室内定位算法是分为两种， 一种是行人
第 30 卷 第 11 期 2UＲNAL OF SENSOＲS AND ACTUATOＲS
Vol. 30
No. 11
Nov. 2017
Pedestrian Indoor Positioning System Based on GLＲT Zero Speed Detection*
日渐兴起。同时这些技术易受室内环境的干扰， 因 此可克服室内复杂环境的基于微机电惯性测量单元
其主要包括航向估计、 布频估计、 步长估计以及滤波。 PDＲ 算法虽降低对传感器精度的要求， 但精度不能 满足复杂的室内环境的要求； 另一种为基于零速更新
项目来源： 国家自然科学基金项目 （ 51405198） ； 中央高校专项自主科研项目 （ JUSＲP11464） ； 江苏省 2016 年度普通高校研究生 实践创新计划项目（ SJZZ16_0219） 收稿日期： 2017－03－23 修改日期： 2017－07－07