基于動(dòng)態(tài)窗口的PCA運(yùn)動(dòng)方向估計(jì)

　　基于位置信息的服務(wù)（location-based service，簡(jiǎn)稱(chēng)LBS）已經(jīng)變得越來(lái)越重要，且目前大部分應(yīng)用都采用基于衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)．然而，在室內(nèi)環(huán)境下，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受到建筑物的遮擋導(dǎo)致大量位置盲區(qū)的出現(xiàn)，且目前衛(wèi)星定位方法的精度暫時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足室內(nèi)定位的要求．另一方面，室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜布局對(duì)定位方法也構(gòu)成了各種挑戰(zhàn)，如多徑傳播、非視線(xiàn)條件、信號(hào)衰減、噪聲干擾等．因此，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的、高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)成為了近些年的研究熱點(diǎn)．

　　采用航位推算的室內(nèi)定位方法通過(guò)位置迭代進(jìn)行定位更新．該方法一般需要解決兩個(gè)問(wèn)題：獲取運(yùn)動(dòng)距離和測(cè)量運(yùn)動(dòng)方向．運(yùn)動(dòng)距離一般使用步長(zhǎng)與步數(shù)的乘積來(lái)表示．步長(zhǎng)估計(jì)一般使用固定步長(zhǎng)或通過(guò)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)來(lái)獲?。河?jì)步算法主要可分為：峰值檢測(cè)、過(guò)零檢測(cè)、模板匹配等．由于人體運(yùn)動(dòng)步態(tài)存在較大差異，且同一個(gè)人在不同環(huán)境和條件下的步態(tài)特征也會(huì)發(fā)生變化，因此為了獲取理想的計(jì)步效果，一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)調(diào)整計(jì)步算法的參數(shù)．方向測(cè)量主要使用的是磁場(chǎng)傳感器和陀螺儀．通過(guò)磁場(chǎng)傳感器可以獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)方向，但磁場(chǎng)傳感器易受電磁干擾的影響，特別是在室內(nèi)環(huán)境中存在大量軟磁體和硬磁體。通過(guò)陀螺儀積分可以檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中方向的變化，且陀螺儀不受外界環(huán)境的影響．但使用陀螺儀僅能獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)方向，需要借助磁場(chǎng)傳感器或其他方法進(jìn)行方向的初始化．由于室內(nèi)定位系統(tǒng)對(duì)方向誤差較為敏感，因此目前在進(jìn)行方向測(cè)量時(shí)一般選用多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合．而在實(shí)際應(yīng)用中，手機(jī)指向和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向存在一定的偏離，即存在手機(jī)指向與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向不一致問(wèn)題，因此在定位過(guò)程中一般需要固定手機(jī)姿態(tài)．

　　本文首先針對(duì)計(jì)步算法的閾值設(shè)定問(wèn)題，提出了一種基于有限狀態(tài)機(jī)的閡值自學(xué)習(xí)算法．通過(guò)該算法可以在較短的時(shí)間內(nèi)（10s）獲取一個(gè)較為準(zhǔn)確的閡值，然后利用該閾值使用同樣的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行計(jì)步．在計(jì)步的同時(shí)，對(duì)連續(xù)的步態(tài)過(guò)程進(jìn)行分割，并將分割結(jié)果作為動(dòng)態(tài)窗口進(jìn)行PCA分析，以獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的方向．最后，利用PCA分析結(jié)果和運(yùn)動(dòng)步態(tài)模型中加速度的變化規(guī)律來(lái)處理180°模糊問(wèn)題，并對(duì)處理后的結(jié)果作進(jìn)一步分析，提高了算法的精度和穩(wěn)定性．