一套基于消费级IMU的高效稳健的手机端室内磁场定位方案.pptx

一套基于消费级IMU的高效稳健的手机端室内磁场定位方案2021年5月

复杂室内环境下，消费类行人室内定位有着广泛的应用需求。我在哪?应该往哪走?机场火车站停车场商场

方法定位精度特点Wi-Fi无额外硬件成本，指纹数据库维护成本高；RTT测距方法，发展趋势由市场决定。3~10m(RTT1~2m)1~10m蓝牙标签需要布设硬件，维护周期需更换电池，任务繁重。5.1协议测角（5.1协议~dm）方案，发展趋势由市场决定。2G/3G/4G/5G30~100m(5G~1m)2G/3G/4G定位精度低；5G可提供高精度定位服务，发展趋势由市场决定。视觉cm~dm定位性能由环境纹理分布决定且数据库维护任务极其重；绝对定位不具有全局唯一特性，相对定位会随时间漂移。磁场dm~5m磁场指纹位置区别度低，不具有全局唯一特性，且定位精度受室内环境磁场特征分布决定。地图 1~5m一种辅助定位手段，性能由建筑结构和行人运动状态所决定，特定场景可利用，通常与PDR组合使用。行人航迹推算 行走距离1%~8% 误差随时间漂移，性能受传感器本身以及人运动状态影响较大。磁场信号无处不在，零硬件布设成本；人体干扰弱；磁场指纹数据库长期稳定性好；定位精度高，约dm~m。

离线训练阶段足绑式IMU+手机IMU+稀疏控制点，形成一种高效率、高精度、低成本的高维度磁场指纹数据库生成方法。实时定位阶段PDR相对轨迹辅助生成的传感器坐标系下的差分磁场轮廓，可消除磁力计零偏的影响，从而提供更稳健的匹配定位。

离线训练阶段行人定位定向系统（P-POS）P-POS构成包括：脚绑式IMU、手机内置IMU和少量的控制点。脚绑式IMU结合稀疏的控制点用于提供稳定的高精度位置，并作为位置观测值修正手机内置IMU的位置，从而准确地估计磁力计的位置和姿态角。在控制点间隔50米的条件下，P-POS能够提供分米级别的位置和度级别的姿态角。[1].Niu,X.,etal.,ANovelPositionandOrientationSystemforPedestrianIndoorMobileMappingSystem.IEEESensorsJournal,2020.21(2):p.2104-2114.

1,5Mn ?Μn2,6 4,730Mn离线训练阶段基于稀疏采集的磁场数据，通过栅格化和线性内插处理获得均匀分布的磁场指纹数据库。栅格化将测绘区域划分为均匀的网格，对单个栅格内的所有磁场特征进行平均处理。线性内插Mn?i?0 j?0MnMni,jd Mn+d=i?0 j j?0 id ?di?0d ? ?xi?x0???yi?y0?式中

实时定位阶段磁场轮廓PDR生成的相对轨迹被用于关联磁场特征，形成磁场轮廓，有助于提升磁场特征的位置区别度。? ?? ?1?1?rn1?CCnbnbkkoMFP???rn?k??M?b?M?b????[2].Kuang,J.,X.NiuandX.Chen,RobustPedestrianDeadReckoningBasedonMEMS-IMUforSmartphones.Sensors,2018.18(5):p.1391.

实时定位阶段候选的磁场轮廓? ?? ?11rr?rnnnnjnrj??C ?? r ?? ? ? ?nbnnjnbjCC???C式中?rn ???n ?e?T?cos????C???????sin??????sin?????cos?????01?C???? 0nnC????2?1?? 1?2?? ?? ?1nbnbkCCMb?rn???rn?Mb?1?1?rMFP???????kk???[3].Kuang,J.,T.LiandX.Niu,Magnetometerbiasinsensitivemagneticfieldmatchingbasedonpedestriandeadreckoningforsmartphoneindoorpositioning.IEEESensorsJournal,2021.

实时定位阶段双线性内插??Mn ??Mn ??Mn ??Mn1 0,1 2 0,0 3 1,1 4 1,0Mn式中121 0 1 0 1 0 1 0341 0 1 0 1 0 1 0?? ?n1?n??e?e0?,?? ?n1?n??e1?e??n?n??e?e