一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法与流程

技术特征：

1.一种基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将三轴加速度计和三轴陀螺仪设置于行人身上，根据三轴加速度计和三轴陀螺仪在设定的采集频率下的测量值，设计四种不同的子零速判别方式；所述四种不同的子零速判别方式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_k={a_x}^2+{a_y}^2+{a_z}^2\\ {\mathrm{\σ}}_a=\frac{1}{n+1}\underset{i=k}{\overset{k+n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(a_i-{\stackrel{\‾}{a}}_k\right)}^2\\ {\stackrel{\‾}{a}}_k=\frac{1}{n+1}\underset{j=k}{\overset{k+n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\\ {\mathrm{\λ}}_1\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\σ}}_a\<{\mathrm{\ϵ}}_a\\ 0& others\end{array}\right.\end{array}\right.,\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_k={{\mathrm{\ω}}_x}^2+{{\mathrm{\ω}}_y}^2+{{\mathrm{\ω}}_z}^2\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{n+1}\underset{i=k}{\overset{k+n}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\ω}}_i-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_k\right)}^2\\ {\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_k=\frac{1}{n+1}\underset{j=k}{\overset{k+n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j\\ {\mathrm{\λ}}_2\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ω}}\<{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ω}}\\ 0& others\end{array}\right.\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{a}_k={a_x}^2+{a_y}^2+{a_z}^2\\ {\mathrm{\λ}}_3\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& a_k\<{\mathrm{\ϵ}}_{a_2}\\ 0& others\end{array}\right.\end{array}\right.,\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_k={{\mathrm{\ω}}_x}^2+{{\mathrm{\ω}}_y}^2+{{\mathrm{\ω}}_z}^2\\ {\mathrm{\λ}}_4\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\ω}}_k\<{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{\ω}}_2}\\ 0& others\end{array}\right.\end{array}\right.$

其中，a_k、ω_k分别表示三轴加速度计、三轴陀螺仪在k时刻的幅值，σ_a、σ_ω分别表示三轴加速度计、三轴陀螺仪的方差，a_x,a_y,a_z分别表示三轴加速度计在x,y,z轴的测量值，ω_x,ω_y,ω_z分别表示三轴陀螺仪在x,y,z轴的测量值，ε_a、ε_ω、为设定的经验值，λ₁(k)、λ₂(k)、λ₃(k)、λ₄(k)分别为四种子零速在k时刻的判别结果，n为子零速方差判别窗口；

步骤2，根据如下行人运动模态辨识模型：判别行人是行走和上下楼梯模式还是跑步模式；当连续5个时刻满足上述判别条件，则判断行人为行走和上下楼梯模式，否则为跑步模式；

步骤3，利用三轴加速度计或三轴陀螺仪的方差判别出总零速的起始时刻，利用三轴加速度计或三轴陀螺仪的幅值判别出总零速的终结时刻，将λ₃(k)、λ₄(k)调整为λ₅(k)、λ₆(k)，形式如下：

其中，当k-1时刻λ₁(k-1)＝1且k时刻λ₁(k)＝0时，a_number＝1，当λ₅(k)＝0时a_number＝0，当a_number>0且λ₅(k)＝1时，a_number＝a_number+1；同理，当k-1时刻λ₂(k-1)＝1且k时刻λ₂(k)＝0时，ω_number＝1，当λ₆(k)＝0时ω_number＝0，当ω_number>0且λ₆(k)＝1时，ω_number＝ω_number+1；

步骤4，当利用行人运动模态辨识模型判别出行人为行走和上下楼梯模式时，则总零速判别方式为：

当利用行人运动模态辨识模型判别出行人为跑步模式时，则总零速判别方式为：

其中，||表示或的关系，&&表示与的关系，Z(k)表示k时刻的总零速判别结果。

2.根据权利要求1所述基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，其特征在于，步骤1所述设定的采集频率为200Hz。

3.根据权利要求1所述基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，其特征在于，步骤1所述子零速方差判别窗口n的选取为：当行人为行走和上下楼梯模式时，子零速方差判别窗口选取为20；当行人为跑步模式时，子零速方差判别窗口选取为9。

4.根据权利要求1所述基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：

行人开始导航时，三轴加速度计和三轴陀螺仪均以200Hz的频率采集数据，在进行第一次子零速判断之前，预先存储一个大小为n的数组，记为U_t(t＝1,2,3,…,20)，该数组中共存储了0.1秒的三轴加速度计和三轴陀螺仪数据，用于后续计算三轴加速度计方差和三轴陀螺仪方差，此时以t＝1的数据作为第一时刻进行子零速判别；当第k时刻接收到新的数据，以公式U_t＝U_t+1(t＝1,2,3,…,19)对数组中数据进行更新，并将新接收到的数据补充到U₂₀中，并以t＝1的数据作为第k时刻进行子零速判别，以此循环。

5.根据权利要求1所述基于行人运动模态辨识的弹性零速判别方法，其特征在于，步骤4所述Z(k)为1时，表示当前k时刻为零速时刻。