基于foot-mounted IMU 零速区间的行人步态检测算法

李飞，王朋远

(1.广东科学技术职业学院建筑工程学院，广东 珠海 519090； 2.珠海市测绘院，广东 珠海 519000)

1 引 言

室内外无缝定位已经成为位置服务的研究热点。惯性导航系统作为一种自主导航定位技术，能够独立于环境，实时获取载体的位置、姿态信息，辅助实现全空间无缝定位，尤其在无任何设施的全新特殊环境如紧急灾害现场、矿井、勘测的地下环境等。微型机电系统(Micro-electro mechanical Systems，MEMS)为行人惯性导航技术提供了便携式微型惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)[1，2]。但由于MEMS微型惯性传感器精度低，输出数据含有大量的噪声，造成捷联积分误差迅速积累至不可用，因此基于足部MEMS-IMU捷联惯性导航技术，多应用零速修正(Zero-velocity Update，ZUPT)集成算法有效补偿累计误差[3，4]，该算法关键在于步态检测能够提供精确的零速区间。除此之外，行人航位推算(Pedestrian Dead-Reckoning，PDR)算法推算行人航迹变化需要精确的航向、步长及计步信息。综上，精确的步态检测算法是高精度行人惯性导航技术的关键保障。

在足部IMU捷联惯性导航技术的研究中，R Feliz等人[5]首次设计出类似的ZUPTs系统，在零速时更正速度和位置。Antonio Jiménez等人[5]给出了一个较为完整的ZUPT实施过程。Hassen[7]，Henar[8]，Jimenez[9]，Yan Li[10]等人利用零速修正算法融合Kalman滤波算法、EKF算法，对零速阶段的速度和位置修正，实现位置、航向约束，提供室内定位或室内外无缝定位的解决方案。田晓春[11]、张金亮[12]等人，利用足部传感器输出参量的模值、方差、幅值、峰值等，进行多条件约束降低零速区间误判。上述基于足部传感器的行人导航定位中，步态检测算法多采用方差阈值进行判断，计算量大；……