一種無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統及其實現方法，系統包括電源模塊、功能開關、加速度傳感器、陀螺儀、微處理器、存儲器和顯示屏。實現方法包括以下幾個步驟：初始化；系統啟動后確定用戶每步的步長；使用步數判定算法判定當前步伐是否有效；通過方向判定算法計算得到相鄰兩步間的方向α；通過軌跡描述算法對用戶的運動逐次進行計算，得到當前所處位置的坐標；計算當前位置到初始位置的距離，將當前位置與初始位置相連接，可計算出當前位置與初始位置間的方向；將距離數據及方向數據輸出到顯示屏顯示。本發明在無信號覆蓋環境下實現反向軌跡導航，價格低廉、體積小巧、便攜性好、操作簡便。
【專利說明】-種無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種反向導航系統，具體涉及一種無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航 系統及其實現方法。
【背景技術】
[0002] 導航系統目前實現方式有兩大類。第一大類；依靠GI^定位、Wifi信號定位、手機 信號定位等，該些方案都受到信號覆蓋范圍的限制，在無信號或信號衰減幅度大的環境下， 場所（如停車場）需要付出高昂的代價購買信號增幅設備增強空間內信號的強度，同時需 要購買信號發射設備來支持定位。第二大類：使用慣導模塊結合GI^的導航，該些方案系統 復雜，體積大，成本高昂，操作復雜，便捷性差。
【發明內容】
[0003] 針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種無信號覆蓋環境下的反向軌跡 導航系統及其實現方法，可在無信號覆蓋環境下使用，價格低廉、體積小巧、便攜性好、能夠 實現反向尋找固定地點及物品。
[0004]為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：
[0005] 本發明的一種無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統，包括
[0006] 電源模塊，用于將電能供給加速度傳感器、巧螺儀、微處理器、存儲器和顯示屏，并 將高電平信號提供給功能開關；
[0007] 功能開關，與微處理器相連接用于控制系統的運行；
[0008] 加速度傳感器，與微處理器相連接用于將加速度數據提供給微處理器；
[0009] 巧螺儀，與微處理器相連接用于將方向數據提供給微處理器；
[0010] 微處理器，根據加速度數據和方向數據，得出當前位置與初始位置間的距離與方 向；
[0011] 存儲器，與微處理器輸出端相連接用于存儲計算過程中的數據；
[0012] 和顯示屏，與微處理器輸出端相連接用于顯示當前位置到初始位置間的方向和距 貿。
[0013] 上述巧螺儀、加速度傳感器具體采用的是單個H軸巧螺儀傳感器、H軸加速度傳 感器或者采用九軸/十軸巧螺儀。
[0014] 本發明的無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統的實現方法，具體包括W下幾個 步驟：
[0015] (1)初始化：系統啟動前，先將所述巧螺儀水平放置1-2砂，并讀取當前巧螺儀的 角速度，然后按下所述功能開關微處理器開始運行；
[0016] (2)系統啟動后確定用戶每步的步長；
[0017] (3)使用步數判定算法判定當前步伐是否有效，如果有效則轉向步驟（4);
[0018] (4)在判定步伐有效后，通過方向判定算法計算得到相鄰兩步間的方向a;
[0019] (5)通過軌跡描述算法對用戶的運動逐次進行計算，得到當前所處位置的坐標；
[0020] (6)計算當前位置到初始位置的距離，將當前位置與初始位置相連接，可計算出當 前位置與初始位置間的方向；
[0021] (7)將距離數據及方向數據輸出到顯示屏顯示。
[0022] 步驟（2)中，用戶每步的步長取決于用戶的速度和身高。
[0023] 步驟（3)中，所述步數判定算法具體包括W下幾個步驟：
[0024] (Ia)將所述加速度傳感器和巧螺儀的坐標系定為X、Y和Z;
[00巧](2a)通過所述微處理器對加速度傳感器W固定頻率持續采樣，并更新Z軸上加速 度的最大值Max和最小值Min,將加速度平均值（Max+Min) /2稱為闊值；
[0026] (3a)當加速度Max〉闊值〉Min時，判定當前步伐有效，步數加一，得到步伐數據。
[0027] 步驟（4)中，所述方向判定算法由角速度數據W及間隔時間計算得出，具體計算 方法如下：
[0028] 方向a=角速度對時間的積分a= ￡wdt，其中，角速度CO是從所述巧螺儀直接 讀出，時間t的計算方法如下：
[0029](化）將所述加速度傳感器的采樣頻率記為f;
[0030](2b)將上一次判定步伐有效到本次判定步伐有效間的采樣次數記為n;
[0031] (3b)時間t的計算公式t= (n+l)/f。
[0032] 步驟巧）中，所述軌跡描述算法具體包括W下幾個步驟：
[003引 （Ic)將直角坐標系內[X。= 0,y。= 0]坐標設置為初始位置，通過步驟做判定 用戶已邁出一步；
[0034] (2c)將步驟（4)中得到的第一步的方向數據a與用戶步長一起計算，計算得出該 位置在坐標系內的坐標為[sina*1,COSa*1]即為[Xi，yJ點；
[003引 （3c)將步驟（4)中得到的第二步的方向數據用a1表示，與用戶步長一起計算后， 得到該位置在坐標系內的坐標為[sina*l+sinai*l,cosa*l+cosai*l]即為[X2，y2];
[0036] (4c)W此軌跡描述算法對之后的運動逐次進行計算，得到當前所處位置的坐標。
[0037] 步驟（6)中，W[X2，y2]為例，貝IJ當前位置到初始位置的距離=
【權利要求】
1. 一種無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統，其特征在于，包括 電源模塊，用于將電能供給加速度傳感器、陀螺儀、微處理器、存儲器和顯示屏，并將高 電平信號提供給功能開關； 功能開關，與微處理器相連接用于控制系統的運行； 加速度傳感器，與微處理器相連接用于將加速度數據提供給微處理器； 陀螺儀，與微處理器相連接用于將方向數據提供給微處理器； 微處理器，根據加速度數據和方向數據，得出當前位置與初始位置間的距離與方向； 存儲器，與微處理器輸出端相連接用于存儲計算過程中的數據； 和顯示屏，與微處理器輸出端相連接用于顯示當前位置到初始位置間的方向和距離。
2. 根據權利要求1所述的無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統，其特征在于， 所述陀螺儀、加速度傳感器具體采用的是單個三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度傳感器 或者采用九軸/十軸陀螺儀。
3. 根據權利要求1所述的無信號覆蓋環境下的反向軌跡導航系統的實現方法，其特征 在于，具體包括以下幾個步驟： (1) 初始化：系統啟動前，先將所述陀螺儀水平放置一段時間，并讀取當前陀螺儀的角 速度，然后按下所述功能開關微處理器開始運行； (2) 系統啟動后確定用戶每步的步長； (3) 使用步數判定算法判定當前步伐是否有效，如果有效則轉向步驟（4); (4) 在判定步伐有效后，通過方向判定算法計算得到相鄰兩步間的方向a ; (5) 通過軌跡描述算法對用戶的運動逐次進行計算，得到當前所處位置的坐標； (6) 計算當前位置到初始位置的距離，將當前位置與初始位置相連接，可計算出當前位 置與初始位置間的方向； (7) 將距離數據及方向數據輸出到顯示屏顯示。
4. 根據權利要求3所述的反向軌跡導航系統的實現方法，其特征在于， 步驟（2)中，用戶每步的步長取決于用戶的速度和身高。
5. 根據權利要求3所述的反向軌跡導航系統的實現方法，其特征在于， 步驟（3)中，所述步數判定算法具體包括以下幾個步驟： (la) 將所述加速度傳感器和陀螺儀的坐標系定為X、Y和Z ; (2a)通過所述微處理器對加速度傳感器以固定頻率持續采樣，并更新Z軸上加速度的 最大值Max和最小值Min，將加速度平均值（Max+Min) /2稱為閾值； (3a)當加速度Max〉閾值〉Min時，判定當前步伐有效，步數加一，得到步伐數據。
6. 根據權利要求3所述的反向軌跡導航系統的實現方法，其特征在于， 步驟（4)中，所述方向判定算法由角速度數據以及間隔時間計算得出，具體計算方法 如下： 方向a =角速度對時間的積分a = Jo1 wdt，其中，角速度〇是從所述陀螺儀直接讀出， 時間t的計算方法如下： (lb) 將所述加速度傳感器的采樣頻率記為f ; (2b)將上一次判定步伐有效到本次判定步伐有效間的采樣次數記為n ; (3b)時間t的計算公式t = (n+l)/f。
7. 根據權利要求3所述的反向軌跡導航系統的實現方法，其特征在于， 步驟（5)中，所述軌跡描述算法具體包括以下幾個步驟： (Ic)將直角坐標系內[Xtl = 0，％ = 0]坐標設置為初始位置，通過步驟（3)判定用戶 已邁出一步； (2c)將步驟（4)中得到的第一步的方向數據a與用戶步長一起計算，計算得出該位置 在坐標系內的坐標為[sin a *1，cos a *1]即為[X1, yj點； (3c)將步驟（4)中得到的第二步的方向數據用Ci1表示，與用戶步長一起計算后，得到 該位置在坐標系內的坐標為[sin a *l+sin Ct1=I=I, cos a *l+c〇s Ct1=I=I]即為[x2, y2]; (4c)以此軌跡描述算法對之后的運動逐次進行計算，得到當前所處位置的坐標。
8. 根據權利要求7所述的反向軌跡導航系統的實現方法，其特征在于，
通過公式Z P =arctan(y2/x2)+90°得到|^2,72]與7 (|軸的夾角即為當前位置指向初 始位置（〇,〇)的方向角，從而得到當前位置到初始位置（〇,〇)間的導航方向。
【文檔編號】G01C21/26GK104359483SQ201410594832
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】吳云珊, 黃業成, 田瀟, 王韜, 王悅 申請人:吳云珊, 黃業成, 田瀟, 王韜, 王悅