专利名称：在个人导航器中的检测步伐的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种个人导航器，具体地说，本发明涉及在个人导航器中的步伐检测设备和方法。
背景技术：
个人导航目的在于面向人的路径向导。它定位步行者的位置，并向他或她提供路径向导。
个人导航器基于全球定位系统(GPS)信息和步行者的步伐信息来估计步长，并使用步长估计来建立导航方案，从而提供了导航服务。在除了广阔的天空环境之外的环境下，即，不能用GPS的环境下，诸如室内或城市中央之内，基于GPS信息和当前准确的GPS信息之前使用的步行者步伐信息来估计导航方案，并且使用导航方案估计提供导航服务。因此，对于在个人导航器中提供准确的导航服务，步行者步伐信息的精确度是关键的。
典型地，从加速传感器的输出模式检测步行者步伐信息，并且个人导航器基于步伐检测结果来估计步长。然后，个人导航器基于步长来计算导航方案。
传统地，仅从加速传感器的输出模式确定关于步行者是否步行。因此，如果步行者用踏步步伐，则将其错误地感测为正常步行。当在步行期间踏步步伐和步行步伐混合的情况下，好像所有步伐检测结果都是源于正常步行一样使用步伐检测结果。
在这种情况下，估计得步长将是不正确的，使用这个步长计算的导航方案也将是不正确的。
发明内容
本发明的目的在于充分地解决至少上述问题和/或缺点并且提供至少下述优点。因此，本发明的目的在于提供用于在个人导航器中能够正确检测步行者步伐并能够正确估计步长的步伐检测设备和方法。
本发明的另一目的在于提供用于在个人导航器中区分踏步步伐和步行步伐的步伐检测设备和方法。
本发明的另一目的在于提供用于在个人导航器中正确计算步行者的踏步步伐的数量和步行步伐的数量的步伐检测设备和方法。
根据本发明的一方面，在个人导航器的步伐检测设备中，加速传感器随着步行者的运动输出关于至少两个方向的加速度信号。步伐检测器计算从加速传感器接收的至少两个方向的加速信号的偏差，对该偏差求和，将该偏差和与阈值进行比较，并根据比较确定检测的步伐是踏步步伐还是步行步伐。
根据本发明的另一方面，在个人导航器的步伐检测方法中，随着步行者的运动从加速传感器获得至少两个方向的加速度信号。计算加速度信号的偏差并求和。将该偏差和与阈值进行比较。如果偏差和大于阈值，则确定该检测的步伐为步行步伐。如果偏差和小于阈值，则确定该检测的步伐为踏步步伐。
根据本发明的另一方面，在个人导航器的步伐检测方法中，将步行步伐计数、踏步步伐计数和步伐检测计数设置为初始值。随着步行者的运动从加速传感器获得至少两个方向的加速度信号，确定是否检测到步伐。当检测到步伐时，将步伐检测计数增加一个，计算加速度信号的偏差并求和。如果偏差和大于阈值，则将步行步伐计数增加一个，如果偏差和小于阈值，则将踏步步伐计数增加一个。通过重复上述过程对步行步伐、踏步步伐和步伐检测进行计数。
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中图1是根据本发明的在个人导航器中的步伐检测设备的框图；图2是示出根据本发明的在个人导航器中的步伐检测方法的流程图；图3是示出根据本发明的在个人导航器中从加速计输出的加速度信号的曲线图；图4是示出根据本发明的已经通过滑动窗求和来消除噪声的加速度信号波形曲线图；图5是示出根据本发明的在各个方向上的加速度信号的偏差波形的曲线图；图6是示出在根据本发明的方向上加速度信号偏差的和的曲线图；图7是示出根据本发明的步伐检测结果的曲线图；以及图8是示出根据本发明的在个人导航器中步伐检测方法的流程图。
具体实施例方式
下面将参照附图来详细说明本发明的优选实施例。在下面的描述中，由于公知的功能和结构在不必要的细节上可能模糊本发明，因此将不对它们进行详细的描述。
图1是根据本发明的在个人导航器中的步伐检测设备的框图。步伐检测设备包括加速传感器110和步伐检测器120。
加速传感器110可以是多轴加速传感器，诸如两轴加速传感器等。加速传感器110感测沿每个轴的线性运动，并根据感测的运动输出加速度信号波形。例如，在本发明中，加速传感器110可以是用于检测侧向(X)、向前(Y)和向下(Z)中每个方向的线性运动的三轴微电子机械系统(MEMS)类型，即，超小加速计，并基于检测结果输出加速度信号。
步伐检测器120可被配置为微控制器。它从加速传感器110获得X、Y和Z方向上的加速度信号，并确定是否检测到步伐。当检测到步伐时，步伐传感器120在检测步伐的时间计算两个方向的加速度信号的偏差，对偏差求和，并通过将所求的和与阈值进行比较来检测步伐是踏步步伐还是正常步行步伐。基于确定结果，步伐检测器120对踏步步伐和步行步伐进行计数。
如上所述，用于个人导航器的步伐检测设备单独地检测踏步步伐和步行步伐，并估计准确的步长。因此，检测设备可提供高可信度的导航服务。
图2是示出根据本发明的在个人导航器中的步伐检测的方法。
参照图2，在步骤202，步伐检测器120从加速传感器110接收每个方向的加速度信号。
例如，如果步行者用了10个踏步步伐和10个步行步伐，则加速传感器110输出如图3所示的加速度信号。
图3显示了示出X、Y和Z方向加速度信号的示图。在每个示图中，垂直轴表示加速度，水平轴表示时间。
参照图3的示图(a)，关于步行的加速度信号波形改变很小。参照图3的示图(b)和(c)，加速度信号波形的改变比图3的示图(a)中的改变要大。因此，可以得出结论，步行对Y和Z方向的加速度信号的影响比对X方向的加速度信号的影响大。
因此，步伐检测器120优选地使用Y和Z方向的加速度信号进行步伐检测。
然后，在步骤204，步伐检测器120通过滑动窗求和从加速度信号中消除噪声。滑动窗求和是信号处理技术，其中，沿时间轴移动窗，对预定大小的窗内的加速度值进行求和。
图4的示图(a)、(b)和(c)分别示出X、Y和Z方向的加速度信号波形的滑动窗和。在示图中，垂直轴表示加速度，水平轴表示时间。
参照图4的示图，与图3所示的加速度信号波形示图相比较，滑动窗求和技术从信号中消除了噪声。
在从加速度信号中消除了噪声之后，在步骤206，步伐检测器120确定是否已经通过分析去噪的加速度信号模式检测到步伐。可通过诸如过零检测的一般步伐检测技术进行确定。
在步骤208，当检测到步伐时，步伐检测器120计算每个加速度信号的滑动窗和的偏差。
在图5的示图中示出加速度信号的偏差。图5的示图分别示出X、Y和Z方向的加速度信号的滑动窗和的偏差的信号波形。在示图中，垂直轴表示偏差，水平轴表示步伐的数量。
参照图5的示图(a)，关于10个踏步步伐和10个步行步伐的X方向的加速度信号的滑动窗和的偏差的改变很小。
参照图5的示图(b)和(c)，Y和Z方向的信号的滑动窗和的偏差经历更大的改变，并且10个步行步伐的偏差值比10个踏步步伐的偏差值高。
因此，优选地是步伐检测器120使用在踏步步伐和步行步伐之间具有更大不同的Y和Z方向的加速度信号的滑动窗和的偏差。
因此，在步骤210，步伐检测器120对Y和Z方向的加速度信号的滑动窗和的偏差求和。因此，踏步步伐和步行步伐之间的区别变得更加明显。
图6示出Y和Z方向的加速度信号的滑动窗和的偏差的和。参照图6，在求和之后踏步步伐0至10和步行步伐10至20之间的区别比求和之前每个偏差信号波形之间的区别更加明显。
在步骤212，步伐检测器120将偏差的和与阈值进行比较。可以按照经验来设置阈值。
如果偏差和小于阈值，则在步骤214步伐检测器120确定用的是踏步步伐。如果偏差和大于阈值，则在步骤216步伐检测器120确定用的是步行步伐。
图7是示出从加速传感器110输出的X、Y和Z方向的加速度信号波形，从该信号波形中检测踏步步伐。参照图7，由参考字符a表示整个步伐检测周期。在周期a内带圆圈的时间段是踏步步伐。曲线图显示准确地检测了10个踏步步伐。
尽管在步伐检测点区分地检测上面描述的踏步步伐和步行步伐，但是除了单独的检测之外，可选择地对踏步步伐和步行步伐计数。
图8是示出根据本发明的在个人导航器中步伐检测方法的流程图。参照图8，当开始步伐检测时，步伐检测器120在步骤802将步行步伐计数Num_StepWalk和踏步步伐计数Num_MarkTime设置为初始值“0”，并在步骤804，将步伐检测计数Step_Occur设置为初始值“0”。
在步骤806，步伐检测器120处理从加速传感器110接收的加速度信号。步伐检测器120通过加速度信号的滑动窗求和消除噪声。
在步骤808，步伐检测器120对加速度信号的过零点进行检测，也就是在加速度信号通过零的点进行检测。
如果没有检测到过零点，则步伐检测器120返回步骤806。当检测到过零点时，在步骤810，步伐检测器120将当前加速度和先前加速度之间的差别与噪声阈值进行比较。
如果所述差别小于噪声阈值，则步伐检测器120返回步骤808，确定没有步伐。如果所述差别大于噪声阈值，则在步骤812，步伐检测器120将Step_Occur增加1，确定步行者已经走了一步。
在步骤814，步伐检测器120计算Y和Z方向的加速度信号的滑动窗和的偏差varY(n)和varZ(n)，并对偏差求和(Var(n)＝varY(n)+varZ(n))。
在步骤816，步伐检测器120将偏差和与阈值进行比较，通过它可以区分踏步步伐和步行步伐。
如果偏差和大于阈值，则在步骤818，步伐检测器120将Num_StepWalk增加1，确定该检测的步伐为步行步伐。
如果偏差和小于阈值，则在步骤820，步伐检测器120将Num_MarkTime增加1，确定该检测的步伐为踏步步伐。
在步骤822，步伐检测器120确定是否已经收到终止步伐检测的请求。在没有终止请求时，步伐检测器在步骤806至820继续对步伐检测、步行步伐和踏步步伐进行计数，直到请求步伐检测终止。
如上所述，本发明优点在于能够通过区分踏步步伐和步行步伐来准确估计步长。因此，可提供高可信度导航服务。
此外，可准确地对踏步步伐和步行步伐进行计数。
尽管已经参照其特定的优选实施例显示和描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1.一种在个人导航器中的步伐检测设备，包括加速传感器，用于输出关于至少两个方向的加速度信号；以及步伐检测器，计算从加速传感器接收的至少两个方向的加速信号的偏差，对该偏差求和，将该偏差和与阈值进行比较，并根据比较确定检测的步伐是踏步步伐还是步行步伐。
2.如权利要求1所述的步伐检测设备，其中，所述至少两个方向中的两个为对于步行者的向前的方向和向下的方向。
3.如权利要求1所述的步伐检测设备，其中，步伐检测器根据所述确定对踏步步伐和步行步伐进行计数。
4.如权利要求1所述的步伐检测设备，其中，加速传感器为至少两个轴的加速传感器。
5.如权利要求1所述的步伐检测设备，其中，阈值是用于区分踏步步伐和步行步伐的值。
6.如权利要求1所述的步伐检测设备，其中，步伐检测器通过滑动窗求和从加速度信号中消除噪声。
7.一种在个人导航器中的步伐检测方法，包括从加速传感器获得至少两个方向的加速度信号；计算加速度信号的偏差并对该偏差求和；将该偏差和与阈值进行比较；如果偏差和大于阈值，则确定该检测的步伐为步行步伐；以及如果偏差和小于阈值，则确定该检测的步伐为踏步步伐。
8.如权利要求7所述的步伐检测方法，其中，所述至少两个方向中的两个为对于步行者的向前的方向和向下的方向。
9.如权利要求7所述的步伐检测方法，还包括根据所述确定对踏步步伐和步行步伐进行计数。
10.如权利要求7所述的步伐检测方法，其中，阈值是用于区分踏步步伐和步行步伐的值。
11.如权利要求7所述的步伐检测方法，还包括通过滑动窗求和从加速度信号中消除噪声。
12.一种在个人导航器中的步伐检测方法，包括(a)将步行步伐计数、踏步步伐计数和步伐检测计数设置为初始值；(b)从加速传感器获得至少两个方向的加速度信号，并确定是否检测到步伐；(c)当检测到步伐时，将步伐检测计数增加一个，计算加速度信号的偏差，并对该偏差求和；(d)如果偏差和大于阈值，则将步行步伐计数增加一个，如果偏差和小于阈值，则将踏步步伐计数增加一个；以及(e)通过重复步骤(b)-(d)对步行步伐、踏步步伐和步伐检测进行计数。
13.如权利要求12所述的步伐检测方法，其中，所述至少两个方向中的两个为对于步行者的向前的方向和向下的方向。
14.如权利要求12所述的步伐检测方法，其中，阈值是用于区分踏步步伐和步行步伐的值。
全文摘要
一种在个人导航器中的步伐检测设备和方法，其中，随着步行者的运动从加速传感器获得至少两个方向的加速度信号。计算加速度信号的偏差并求和。将该偏差和与阈值进行比较。如果偏差和大于阈值，则确定该检测的步伐为步行步伐。如果偏差和小于阈值，则确定该检测的步伐为踏步步伐。
文档编号G01C21/00GK1932524SQ20061015149
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月16日
发明者朴敬夏, 洪炫秀, 李在勉, 朴赞国, 金镇湲 申请人:三星电子株式会社, 财团法人首尔大学校产学协力财团