本發(fā)明屬于行人定位，尤其涉及到一種九軸傳感器陣列的頭戴式行人定位方法及頭戴式裝置。
背景技術(shù)：
：：1、隨著基于位置的服務(wù)（location?based?service，?lbs）的廣泛應(yīng)用，對高精度定位的需求日益增加，在室外環(huán)境中，全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（global?navigationsatellite?system，?gnss）能夠提供較為精準(zhǔn)的位置服務(wù)，然而，在gnss信號無法覆蓋或受到干擾的室內(nèi)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的定位仍然是一個(gè)亟待解決的問題。2、目前的室內(nèi)定位方案大致可分為兩類?：依賴基礎(chǔ)設(shè)施的定位方案（如偽衛(wèi)星、wifi、藍(lán)牙低功耗定位[ble]、5g定位等）和不依賴基礎(chǔ)設(shè)施的定位方案（如視覺定位、磁場匹配和航跡推算），依賴基礎(chǔ)設(shè)施的方案需要在定位環(huán)境中布設(shè)專業(yè)的信號收發(fā)端，這不僅增加了定位成本，而且信號傳播過程容易受到多種因素的干擾，限制了其可用性，不依賴基礎(chǔ)設(shè)施的方法中，視覺定位受環(huán)境光照、遮擋和動(dòng)態(tài)變化的影響較大，設(shè)備運(yùn)行功耗高，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛性；磁場匹配則依賴于預(yù)先建立的磁場指紋數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)成本較高。3、現(xiàn)有技術(shù)的不足4、在室內(nèi)行人定位中，常用的行人航跡推算（pedestrian?dead?reckoning，?pdr）方法具有獨(dú)立推算、不受外界信息源干擾的優(yōu)點(diǎn)，因此常被作為室內(nèi)行人定位的首選方案，然而，傳統(tǒng)的慣性測量單元（inertial?measurement?unit，?imu）通常具有低成本、低精度的特點(diǎn)，導(dǎo)致捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法的誤差迅速發(fā)散；為了提高定位精度，研究者們嘗試尋找其他定位信息源來輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（inertial?navigation?system，?ins）進(jìn)行推算。例如，基于視覺的輔助方案對光照、遮擋和動(dòng)態(tài)環(huán)境高度敏感，容易受到環(huán)境變化以及特征缺失的影響，從而降低定位的精度和穩(wěn)定性；基于激光雷達(dá)的定位方案則因視距限制、高成本和高計(jì)算要求，在大眾行人定位場景中受限。5、此外，目前廣泛使用的輔助方案包括足綁式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（foot-mountedinertial?navigation?system，?foot-ins）和腳步航向系統(tǒng)（step-and-heading?system，shs），foot-ins利用行人足部周期性與地面接觸的特性獲取虛擬零速度，并通過零速修正技術(shù)（zero?velocity?update?technology，?zupt）控制慣導(dǎo)速度誤差的發(fā)散，但這種傳感器安裝方式對行人不友好，便捷性低；6、shs則主要包括步態(tài)檢測、步長估計(jì)、航向估計(jì)和位置更新，其中步長估計(jì)和航向估計(jì)是主要誤差源。步長估計(jì)中步長模型對不同用戶的適用性較差，容易引入定位尺度誤差；航向估計(jì)，則因傳感器噪聲累積與環(huán)境干擾（如地磁畸變、動(dòng)態(tài)磁場擾動(dòng)）導(dǎo)致方向漂移，進(jìn)而引發(fā)軌跡的旋轉(zhuǎn)與偏移誤差。更多地是，傳感器航向與行人運(yùn)動(dòng)方向無法準(zhǔn)確估計(jì)，導(dǎo)致shs的可用性顯著下降。7、近年來，磁里程計(jì)（magnetic?field?odometry）作為一種輕量級的行人速度測量方法被提出，利用磁力計(jì)陣列提供位置或速度等里程計(jì)信息，例如，vissière等人在2007年首次提出利用室內(nèi)磁場擾動(dòng)改進(jìn)基于imu的位置速度估計(jì)，后續(xù)研究中，dorveaux（2011年）提出磁慣導(dǎo)（minav）技術(shù)，chesneau（2016年）則將磁力計(jì)與慣性傳感器融合，通過擴(kuò)展卡爾曼濾波器進(jìn)行定位，近年來，相關(guān)研究通過多項(xiàng)式模型描述局部磁場，并將磁場模型與ins誤差結(jié)合進(jìn)行卡爾曼濾波，進(jìn)一步提升了定位精度（huang?et?al.）。當(dāng)前的磁里程計(jì)相關(guān)方法受磁場梯度噪聲影響嚴(yán)重，且將磁場模型與ins誤差結(jié)合進(jìn)行濾波的方法十分依賴對磁場模型的準(zhǔn)確建模，定位結(jié)果穩(wěn)定性較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種九軸傳感器陣列的頭戴式行人定位方法及頭戴式裝置。2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明采用的下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種九軸傳感器陣列的頭戴式行人定位方法，包括以下步驟：3、在頭戴式裝置上安裝數(shù)據(jù)處理單元和多個(gè)傳感器，所述傳感器包括慣性測量單元和磁力計(jì)，多個(gè)所述傳感器形成傳感器陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；4、多個(gè)所述慣性測量單元形成的慣性傳感器陣列通過捷聯(lián)慣性導(dǎo)航解算，推算當(dāng)前時(shí)刻的位置、速度和姿態(tài)；多個(gè)所述磁力計(jì)形成的磁力計(jì)陣列進(jìn)行磁場測量并得到觀測值；5、所述觀測值估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的磁場模型參數(shù)，聯(lián)合相鄰時(shí)刻的磁場模型參數(shù)獲得磁場模型參數(shù)變化；構(gòu)建磁場模型與相對位姿間的誤差傳遞模型，獲得所述磁場模型參數(shù)變化與相對位姿變化的轉(zhuǎn)換關(guān)系；6、構(gòu)建相對位姿約束算法，融合所述磁力計(jì)陣列的所述磁場模型參數(shù)變化和慣性導(dǎo)航積分獲得的相對位姿，輸出當(dāng)前時(shí)刻的位置、速度和姿態(tài)。7、通過采用上述技術(shù)方案，通過多傳感器融合實(shí)現(xiàn)高精度定位，利用磁力計(jì)陣列觀測磁場模型變化輔助慣性導(dǎo)航，有效地抑制了傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航推算的誤差累積問題，顯著提高了定位精度；多傳感器分布設(shè)計(jì)增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性，減少了單一傳感器故障對定位結(jié)果的影響；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元確保了定位結(jié)果的實(shí)時(shí)性和可靠性，適用于動(dòng)態(tài)行人定位場景。8、可選的，所述磁力計(jì)類型包括矢量磁力計(jì)、標(biāo)量磁力計(jì)和梯度磁力計(jì)。9、通過采用上述技術(shù)方案，多種磁力計(jì)的組合能夠適應(yīng)不同的磁場環(huán)境，提高磁場測量的精度和可靠性，同時(shí)，磁力計(jì)的多樣性增強(qiáng)了系統(tǒng)對復(fù)雜磁場變化的感知能力，進(jìn)一步提升了定位精度。10、可選的，所述頭盔上設(shè)有氣壓計(jì)和溫度計(jì)。11、通過采用上述技術(shù)方案，在頭盔上增加氣壓計(jì)和溫度計(jì)，擴(kuò)展了傳感器的功能，能夠測量環(huán)境的氣壓和溫度，氣壓計(jì)可輔助定位中/高程樓層信息。12、可選的，所述傳感器數(shù)量大于等于3個(gè)，且多個(gè)所述傳感器安裝位置不在同一條直線上。13、通過采用上述技術(shù)方案，確保了傳感器陣列的空間分布合理性，提高了測量精度，優(yōu)化的傳感器布局增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力和定位精度，適用于復(fù)雜環(huán)境下的行人定位。14、可選的，所述捷聯(lián)慣性導(dǎo)航解算方式包括使用陣列中某1個(gè)慣性測量單元進(jìn)行解算、對慣性測量單元陣列的觀測值進(jìn)行平均后再進(jìn)行解算、使用陣列中每個(gè)慣性測量單元單獨(dú)解算后再進(jìn)行導(dǎo)航結(jié)果平均處理。15、通過采用上述技術(shù)方案，提供了多種捷聯(lián)慣性導(dǎo)航解算方式（單點(diǎn)解算、平均解算、多點(diǎn)獨(dú)立解算），增加了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。16、可選的，所述相對位姿約束方法包括擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、粒子濾波、狀態(tài)隆克卡爾曼濾波、最小二乘、圖優(yōu)化和因子圖；所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)定位精度要求和計(jì)算資源選擇合適的所述相對位姿約束方法，并對約束結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)評估和優(yōu)化。17、通過采用上述技術(shù)方案，提供了多種相對位姿約束方法（擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、粒子濾波等），適用于不同的定位精度要求和計(jì)算資源條件。18、所述磁場模型的擾動(dòng)方程如下：19、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="center"><mtr><mtd><msubsup><moveraccent="true"><mi>m</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi><msub><mi>b</mi><mi>j</mi></msub></msubsup><mi>=</mi><msubsup><moveraccent="true"><mi>c</mi><mo>^</mo></mover><mi>i</mi><mi>j</mi></msubsup><moveraccent="true"><mi>φ</mi><mo>^</mo></mover><mi>(</mi><msubsup><mi>l</mi><mi>j</mi><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub></msubsup><mi>)</mi><mi>θ</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>=</mi><mi>(</mi><msubsup><mi>c</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></msubsup><mi>?</mi><mi>[</mi><mi>δ</mi><msub><mi>b</mi><mi>g</mi></msub><mi>dt</mi><mi>×</mi><mi>])(</mi><mi>φ</mi><mi>(</mi><msubsup><mi>l</mi><mi>j</mi><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub></msubsup><mi>)</mi><mo>+</mo><mi>δ</mi><mi>φ</mi><mi>(</mi><msubsup><mi>l</mi><mi>j</mi><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub></msubsup><mi>))</mi><mi>θ</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>=</mi><mi>(</mi><msubsup><mi>c</mi><mi>i</mi><mi>j<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單元根據(jù)所述磁場模型的擾動(dòng)方程對所述磁場模型進(jìn)行實(shí)時(shí)修正和優(yōu)化。25、通過采用上述技術(shù)方案，提供了磁場模型的擾動(dòng)方程，用于描述磁場模型變化與相對位姿變化的關(guān)系，通過數(shù)學(xué)模型的引入，增強(qiáng)了系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和算法精度，適用于復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下的行人定位。26、可選的，所述相對姿態(tài)約束方式包括n系磁場向量約束、建筑物朝向信息約束或wi-fi、藍(lán)牙的絕對定位方式約束。27、通過采用上述技術(shù)方案，提供了多種相對姿態(tài)約束方式（磁場向量約束、建筑物朝向信息約束、wi-fi/藍(lán)牙約束），增加了系統(tǒng)的外部信息源，據(jù)處理單元結(jié)合多種約束方式，進(jìn)一步優(yōu)化了定位精度和系統(tǒng)的可靠性。28、可選的，所述數(shù)據(jù)處理單元包括硬件處理模塊和軟件處理模塊。29、通過采用上述技術(shù)方案，數(shù)據(jù)處理單元分為硬件處理模塊和軟件處理模塊，確保了系統(tǒng)的高效性和可靠性，硬件模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲(chǔ)，軟件模塊負(fù)責(zé)算法實(shí)現(xiàn)和結(jié)果輸出，提高了系統(tǒng)的整體性能。30、可選的，一種九軸傳感器陣列的頭戴式行人定位方法的頭戴式裝置，所述頭戴式裝置包括頭盔、眼鏡或頭罩中的其中一種，且所述傳感器通過固定座安裝在所述頭戴式裝置上。31、通過采用上述技術(shù)方案，頭戴式裝置（頭盔、眼鏡、頭罩）的設(shè)計(jì)提供了多種佩戴方式，增加了用戶的使用靈活性和舒適性，通過固定座安裝傳感器，確保傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)便于維護(hù)和更換。32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：33、1.通過磁力計(jì)陣列觀測擬合得到環(huán)境磁場分布模型，并結(jié)合磁力計(jì)陣列連續(xù)觀測的磁場模型變化來估計(jì)載體的絕對速度，進(jìn)而輔助基于慣性測量單元陣列的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置、速度和姿態(tài)推算，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差發(fā)散快的缺點(diǎn)，顯著提高了定位精度，實(shí)現(xiàn)不依賴于行人運(yùn)動(dòng)假設(shè)以及預(yù)先建立的磁場指紋庫的室內(nèi)行人定位，這與傳統(tǒng)的磁場匹配方法相比，大大降低了系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)成本，同時(shí)提高了定位的靈活性和適用性。34、2.采用輕量化材料設(shè)計(jì)的頭戴式裝置（如頭盔、眼鏡或頭罩），結(jié)合低成本的九軸傳感器陣列，使得整個(gè)定位裝置的成本顯著低于依賴基礎(chǔ)設(shè)施（如ble、5g定位）或高精度激光雷達(dá)的方案；同時(shí)，頭戴式設(shè)計(jì)便于佩戴和使用，特別適用于室內(nèi)大眾或?qū)I(yè)行人定位場景。35、3.本發(fā)明利用磁場模型與相對位姿的誤差傳遞關(guān)系，能夠有效應(yīng)對室內(nèi)環(huán)境中常見的磁場干擾（如電器設(shè)備、金屬物體等），通過多傳感器融合和先進(jìn)的濾波算法（如狀態(tài)克隆卡爾曼濾波、擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波等），進(jìn)一步增強(qiáng)了定位系統(tǒng)的魯棒性，即使在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中也能保持較高的定位精度。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12