本發(fā)明屬于人身安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于智能手機(jī)的盲人室內(nèi)導(dǎo)盲方法。

背景技術(shù)：

近幾年導(dǎo)航技術(shù)的迅速發(fā)展已經(jīng)使很多人能夠感受到這項(xiàng)技術(shù)帶來的便利。但生活中有另一類人比正常人更需要導(dǎo)航技術(shù)在他們的生活中發(fā)揮作用，那便是盲人群體。

根據(jù)2014年底的一項(xiàng)調(diào)查表明，中國約有1731萬視障人士，而中國僅存在導(dǎo)盲犬70只左右。并且每一條導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練時(shí)間長達(dá)三年，訓(xùn)練費(fèi)用要達(dá)到12～15萬元人民幣。而在日常的生活中，導(dǎo)盲犬所能活動的公共空間也受到了極大限制，這使得導(dǎo)盲犬的普及成為了一項(xiàng)難題。而相比于導(dǎo)盲犬的數(shù)量稀少且價(jià)格昂貴，智能手機(jī)在中國的普及率已接近70％，且價(jià)格不過數(shù)千元，因此使用智能手機(jī)來代替導(dǎo)盲犬將會是一個(gè)很好的方案。

目前盲人的現(xiàn)狀以及智能手機(jī)的普及性，可以考慮利用手機(jī)為盲人解決這些難題。智能手機(jī)上集成了加速度計(jì)，陀螺儀等多種傳感器。通過將這些傳感器的數(shù)據(jù)結(jié)合，能夠進(jìn)行慣性導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航等方式，再加上通過地磁等特征物理量校準(zhǔn)，從而為盲人提供室內(nèi)的導(dǎo)航服務(wù)。一方面可以利用智能手機(jī)對盲人的身份進(jìn)行識別，以檢測出盲人的手機(jī)出現(xiàn)丟失、被盜等現(xiàn)象。另一方面針對智能手機(jī)的傳感器對盲人進(jìn)行位置的定位和路徑的導(dǎo)航。解決了長久以來困擾盲人出行不便的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對當(dāng)用戶在室內(nèi)時(shí)，由于室內(nèi)GPS信號不能夠很好的接收的問題，本發(fā)明利用手機(jī)的加速度傳感器和陀螺儀能夠協(xié)助盲人進(jìn)行路徑導(dǎo)航，同時(shí)使用地磁指紋為導(dǎo)航路線提供校準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于智能手機(jī)的盲人室內(nèi)導(dǎo)盲方法，首先對盲人的行走路徑進(jìn)行記錄，對同一起始地點(diǎn)和目標(biāo)地點(diǎn)，存儲不少于3條的路徑，將沿途的各種路障、特征點(diǎn)等記下來，并設(shè)定優(yōu)先路線；將每條路線劃分為若干路段，每一個(gè)路段設(shè)置有定標(biāo)，在每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)設(shè)置下一步動作，若定標(biāo)丟失或無法觸碰到，則根據(jù)存儲的其他路線中，在物理空間上距離最短切中途無阻礙的定標(biāo)作為替代，并根據(jù)該路徑重新規(guī)劃導(dǎo)航線路；

所述路線如果是在室外，則使用慣性導(dǎo)航，如果是在室內(nèi)，則采用定標(biāo)修正誤差結(jié)合地磁校準(zhǔn)相結(jié)合的導(dǎo)航方法。

進(jìn)一步，所述慣性導(dǎo)航的軌跡生成方法包括如下步驟：

(1)獲取加速度數(shù)據(jù)：手機(jī)加速度傳感器記錄下三軸的加速度值，即為：A＝{a₁,a₂,...,a_n}，并進(jìn)行降噪及去除重力處理：

其中，α∈[0,1]，i＝{1,2,3,...,n}，n表示加速度序列的長度，g為重力；

(2)判斷行走狀態(tài)：用戶在水平步行運(yùn)動中，垂直和前進(jìn)兩個(gè)加速度會呈現(xiàn)周期性變化，在步行收腳的動作中，重心向上單只腳觸地，垂直方向加速度呈正向增加，之后繼續(xù)向前，重心下移兩腳觸底，加速度相反；水平加速度在收腳時(shí)減小，在邁步時(shí)增加；

(3)計(jì)算步數(shù)并生成軌跡：采用基于Mealy狀態(tài)機(jī)的計(jì)步算法，通過計(jì)算得出3個(gè)加速度的大小和方向，獲得一條步行運(yùn)動的正弦曲線軌跡；然后進(jìn)行峰值檢測，通過和上一次記錄的加速度大小進(jìn)行比較，如果相反，表示剛過峰值狀態(tài)，則進(jìn)行計(jì)步，否則舍棄，通過對峰值次數(shù)的累積可得到用戶步行步數(shù)；根據(jù)步數(shù)、步長、行走的方向得到軌跡。

進(jìn)一步，所述步驟(3)的具體步驟包括：

1)計(jì)算方向和手機(jī)的擺放位置：利用手機(jī)的方向傳感器可獲得方向數(shù)據(jù)，方向傳感器返回的3個(gè)角度分別表示手機(jī)頂部的朝向與正北方向的夾角、手機(jī)的頂部或尾部翹起的角度和左側(cè)或右側(cè)翹起的角度，利用這3個(gè)角度即可確定手機(jī)的擺放位置；

2)基于最小二乘法計(jì)算步長：所述步長由行走時(shí)產(chǎn)生的加速度得到；

3)生成軌跡：慣性導(dǎo)航軌跡生成算法根據(jù)人的步數(shù)、步長、行走的方向來計(jì)算人的位置進(jìn)而得出實(shí)際運(yùn)動軌跡：首先將起點(diǎn)(x₀,y₀)設(shè)為原點(diǎn)，第j步的坐標(biāo)為(x_j,y_j),則第j步坐標(biāo)為：

(x_j,y_j)＝(x₀+L cos(φ+γ_j),y₀+L cos(φ+γ_j))

其中，L為步長，φ為j步內(nèi)所發(fā)生的方向變化之和，γ_j表示第j步過程中的方向變化；

進(jìn)一步，所述步驟1)還包括校正的步驟：

①首先記錄人在行走過程中的水平手持手機(jī)時(shí)三軸陀螺儀所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)疊加去除高頻噪聲，由此得到人在水平方向的行走的角速度變化，即為R＝{r₁,r₂,...,r_n}；

②計(jì)算每一步所發(fā)生的方向變化，則第j步過程中的方向變化為：

③行走過程中同時(shí)記錄指南針讀數(shù)，記作：C＝{c₁,c₂,...,c_n}，對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑處理；獲取指南針的第j步和第j+k步之間的方向變化獲取三軸陀螺儀的第j步和第j+k步之間的方向變化設(shè)置的角度閾值，當(dāng)超過閾值時(shí)，利用指南針第j+k步的方向?qū)θS陀螺儀讀數(shù)計(jì)算得到的第j+k步的方向變化進(jìn)行修正，并將修正后的數(shù)據(jù)作為人在第j+k步的方向。

進(jìn)一步，所述步驟2)的具體步驟包括：

①采集用戶以規(guī)定步長行走時(shí)所產(chǎn)生的加速度，記作a，所對應(yīng)的步長，記作l；

②計(jì)算加速度的方差，記作s；

③利用最小二乘法對s和l作最佳線性擬合，得到兩者的關(guān)系：

l＝(s-q)/p

其中，p和q是最佳線性擬合系數(shù)，其中為多次采樣的均方差，為平均步長。

進(jìn)一步，所述定標(biāo)修正誤差的方法：如果盲人在行走時(shí)碰觸不到定標(biāo)，則通過語音輸入手機(jī)，提示未碰觸到定標(biāo)；手機(jī)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送此時(shí)盲人所處的位置，監(jiān)護(hù)人迅速調(diào)出地圖，確定盲人位置，指導(dǎo)盲人做出判斷；或者盲人向路人求助，將盲人帶到手機(jī)顯示的下一個(gè)定標(biāo)位置點(diǎn)；手機(jī)同時(shí)記錄盲人所走的新路線。

進(jìn)一步，所述地磁校準(zhǔn)的方法：

盲人在匹配區(qū)域運(yùn)動時(shí)，磁傳感器采集一系列地磁場強(qiáng)度值，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到測量數(shù)據(jù)帶，記為:H_N＝[h1，h2，…，hN]，其中:H為觀測值序列，N為一次匹配的采樣個(gè)數(shù)，即為測量帶長；

根據(jù)慣性導(dǎo)航輸出的位置在地磁圖上提取地磁參考信息，地磁參考信息記為gN＝[g1，g2，…,gN]，其中g(shù)_N為參考值序列，H_N和g_N是對應(yīng)的序列；在某段時(shí)間內(nèi)，設(shè)定慣性導(dǎo)航的輸出軌跡與真實(shí)軌跡是平行的，在搜索區(qū)域得到S個(gè)與慣性導(dǎo)航輸出軌跡平行的軌跡，再根據(jù)S個(gè)軌跡在地磁圖中提取地磁場數(shù)據(jù)，得到S個(gè)數(shù)據(jù)向量；把地磁測量值向量和這些地磁圖上的數(shù)據(jù)向量進(jìn)行相關(guān)極值運(yùn)算，最終確定盲人的位置。

進(jìn)一步，所述地磁校準(zhǔn)還包括：對H_N進(jìn)行多次控制干擾強(qiáng)度的隨機(jī)干擾，使得到的匹配位置落在真實(shí)位置周圍，然后取這些位置的平均值作為匹配位置。

本發(fā)明的有益效果：

1、導(dǎo)航方式更符合盲人的行走方式，為盲人降低使用難度，提高準(zhǔn)確性。

2、無需高精度、昂貴的慣性傳感器，只需要利用手機(jī)中內(nèi)置的傳感器即可，實(shí)用性強(qiáng)，成本低廉。

3、無需進(jìn)行額外的培訓(xùn)，只需要監(jiān)護(hù)人在使用前錄入路線和語音即可。

附圖說明

圖1基于Mealy狀態(tài)機(jī)的計(jì)步算法

圖2是商場模擬路徑圖；

圖3商場模擬路徑實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

首先對盲人的行走路徑進(jìn)行記錄。盲人一般都會固定的去幾個(gè)自己常去的地方，首先監(jiān)護(hù)人帶盲人將平時(shí)所走過的常用路徑走一遍，并且記錄下該條路徑。對同一起始地點(diǎn)和目標(biāo)地點(diǎn)，存儲3條或以上路徑。監(jiān)護(hù)人盡可能將沿途的各種路障、特征點(diǎn)，例如何處為樓梯，何處為陰井蓋等都記錄到手機(jī)中的路徑中，并根據(jù)多個(gè)方面的指標(biāo)來判斷各條線路的優(yōu)劣，以設(shè)定優(yōu)先的線路。每隔一段路程，監(jiān)護(hù)人設(shè)置一個(gè)定標(biāo)(該定標(biāo)是能夠被盲人通過觸覺感知的物體)，同時(shí)錄入在這一地點(diǎn)的下一步動作。

假設(shè)一種情況，如果盲人目前處在商場中，商場的環(huán)境比較復(fù)雜，這時(shí)，可以利用手機(jī)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位，但是，在室內(nèi)單獨(dú)使用慣性導(dǎo)航時(shí)，無法消除的累計(jì)誤差往往使導(dǎo)航無法最終實(shí)施，本專利提出一種基于定標(biāo)修正誤差結(jié)合地磁校準(zhǔn)的導(dǎo)航方法。即在利用慣性導(dǎo)航的過程中，通過路徑中的定標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行誤差修正和地磁的特征進(jìn)行校準(zhǔn)修正。

如果在導(dǎo)航過程中出現(xiàn)了定標(biāo)丟失或無法觸碰到的情況，則會根據(jù)存儲的其他路徑中，在物理空間上距離最短切中途無阻礙的定標(biāo)作為替代，并根據(jù)該路徑重新規(guī)劃導(dǎo)航線路。并將此線路作為以后的優(yōu)先線路。

具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

一、導(dǎo)航定位：

由于生活的不便，盲人通常只會去固定的幾個(gè)地點(diǎn)，在室外，強(qiáng)大的GPS能夠發(fā)揮高精度的導(dǎo)航的作用，但是鑒于GPS的10m范圍的誤差，考慮到盲人群體的特殊性，故結(jié)合慣導(dǎo)進(jìn)行導(dǎo)航，利用GPS進(jìn)行累積誤差修正；在室內(nèi)，GPS定位精度相對比較差，故以慣性導(dǎo)航為主的室內(nèi)的導(dǎo)航定位，使用了一種基于地標(biāo)修正的機(jī)器學(xué)習(xí)的慣性導(dǎo)航定位方法。

(一)首先監(jiān)護(hù)人帶著盲人將盲人平時(shí)常去的幾個(gè)固定地點(diǎn)的路徑都走一遍，將路徑圖記錄到手機(jī)中，并且將該條路徑中的各種路障，例如何處有樓梯、何處有井蓋等，盡可能詳細(xì)的記錄下各種路障，考慮到盲人群體的特殊性，甚至將樓梯的階數(shù)都記錄其中。當(dāng)處于室外，可以直接動過GPS進(jìn)行路徑導(dǎo)航，但是也要記錄下路徑中的各種路障，例如何處何時(shí)該上樓梯、拐彎、紅綠燈等；若在商場中，考慮到商場中環(huán)境的復(fù)雜性，監(jiān)護(hù)人應(yīng)該在多種環(huán)境下訓(xùn)練路徑，比如工作日人少的時(shí)候、周末人多的時(shí)候等。這樣可以避免日后外在環(huán)境的變化對導(dǎo)航精度的影響。在室外可以利用GPS導(dǎo)航，但是在室內(nèi)，需要借助于手機(jī)中的傳感器導(dǎo)航，此處涉及到慣性導(dǎo)航的軌跡生成。分成如下步驟：

1.獲取加速度數(shù)據(jù)：當(dāng)人拿著手機(jī)進(jìn)行軌跡生成時(shí)，一般將手機(jī)拿在手上，手機(jī)加速度傳感器記錄下三軸的加速度值，即為：A＝{a₁,a₂,...,a_n}。對手機(jī)原始加速度進(jìn)行降噪及去除重力影響：

其中，α∈[0,1]，i＝{1,2,3,...,n}，n表示什么加速度序列的長度，g為重力。

2.判斷行走狀態(tài)：用戶在水平步行運(yùn)動中，垂直和前進(jìn)兩個(gè)加速度會呈現(xiàn)周期性變化，如圖所示，在步行收腳的動作中，由于重心向上單只腳觸地，垂直方向加速度是呈正向增加的趨勢，之后繼續(xù)向前，重心下移兩腳觸底，加速度相反。水平加速度在收腳時(shí)減小，在邁步時(shí)增加。

3.計(jì)算步數(shù)：基于Mealy狀態(tài)機(jī)的計(jì)步算法如圖1所示，包括如下：

在步行運(yùn)動時(shí)，垂直方向和步行方向所產(chǎn)生的加速度與時(shí)間的關(guān)系大致上市一條正弦曲線，而且在某一點(diǎn)上會出現(xiàn)峰值，通過對峰值的檢測和計(jì)算，并將加速度的值與閾值進(jìn)行比較和決策，就可以判斷用戶的步行狀態(tài)。

由于多重因素的影響，用戶放置手機(jī)位置的不確定性，導(dǎo)致無法確定手機(jī)的放置方向，為解決此類問題，首先通過計(jì)算得出3個(gè)加速度的大小和方向，從而獲得一條步行運(yùn)動的正弦曲線軌跡。然后進(jìn)行峰值檢測，通過和上一次記錄的加速度大小進(jìn)行比較，如果相反，表示剛過峰值狀態(tài)，則進(jìn)行計(jì)步，否則舍棄。通過對峰值次數(shù)的累積可得到用戶步行步數(shù)。并且由于手持設(shè)備會有一些低幅度和快速的抽動狀態(tài)，或是我們自己的手抖，對這些所謂的干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除?？梢酝ㄟ^給檢測加上閾值和步頻來判斷過濾干擾數(shù)據(jù)。最后獲取用戶的每一步的時(shí)間戳T。具體步驟包括：

(1)計(jì)算方向：利用手機(jī)的方向傳感器可獲得方向數(shù)據(jù)，方向傳感器返回的3個(gè)角度分別表示手機(jī)頂部的朝向與正北方向的夾角、手機(jī)的頂部或尾部翹起的角度和左側(cè)或右側(cè)翹起的角度，利用這3個(gè)角度即可確定手機(jī)的擺放位置。但是此時(shí)由于外部環(huán)境的干擾和三軸陀螺儀捕捉數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的噪聲，導(dǎo)致三軸陀螺儀捕捉的加速度數(shù)據(jù)存在偏差，此時(shí)需要借助其他傳感器進(jìn)行校正。

校正步驟如下：

①首先記錄人在行走過程中的水平手持手機(jī)時(shí)三軸陀螺儀所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)疊加去除高頻噪聲。由此得到人在水平方向的行走的角速度變化，即為R＝{r₁,r₂,...,r_n}。

②計(jì)算每一步所發(fā)生的方向變化，則第j步過程中的方向變化為：

③行走過程中同時(shí)記錄指南針讀數(shù)，記作：C＝{c₁,c₂,...,c_n}，對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑處理；獲取指南針的第j步和第j+k步之間的方向變化獲取三軸陀螺儀的第j步和第j+k步之間的方向變化設(shè)置的角度閾值，當(dāng)超過閾值時(shí)，利用指南針第j+k步的方向?qū)θS陀螺儀讀數(shù)計(jì)算得到的第j+k步的方向變化進(jìn)行修正，并將修正后的數(shù)據(jù)作為人在第j+k步的方向。

(2)基于最小二乘法計(jì)算步長：慣性導(dǎo)航中，運(yùn)動的距離由步數(shù)與步長相乘所得，因此，每一步步長的準(zhǔn)確度對慣性導(dǎo)航的精度都有很大的影響。其中人行走時(shí)的步長可由行走時(shí)的所產(chǎn)生的加速度估算出來。

步驟如下:

①采集用戶以規(guī)定步長行走時(shí)所產(chǎn)生的加速度，記作a，所對應(yīng)的步長，記作l。

②計(jì)算加速度的方差，記作s。

③利用最小二乘法對s和l作最佳線性擬合，得到兩者的關(guān)系：

l＝(s-q)/p (3)

其中，p和q是最佳線性擬合系數(shù)，其中為多次采樣的均方差，為平均步長。

(3)生成軌跡：慣性導(dǎo)航軌跡生成算法根據(jù)人的步數(shù)、步長、行走的方向來計(jì)算人的位置。首先根據(jù)起點(diǎn)的坐標(biāo)(x₀,y₀)為原點(diǎn)，第j步的坐標(biāo)為(x_j,y_j),則第j步坐標(biāo)為：

(x_j,y_j)＝(x₀+L cos(φ+γ_j),y₀+L cos(φ+γ_j)) (4)

其中，L為步長，φ為j步內(nèi)所發(fā)生的方向變化之和。最終得出實(shí)際運(yùn)動軌跡進(jìn)行導(dǎo)航。

考慮到上述的慣性導(dǎo)航存在較大累積誤差的情況，此時(shí)可以通過設(shè)置定標(biāo)點(diǎn)對誤差進(jìn)行修正。假設(shè)盲人從甲地到達(dá)乙地，總共20m，在這段路徑中，可以通過每5m進(jìn)行設(shè)置一個(gè)定標(biāo)，總共設(shè)置4個(gè)定標(biāo)。設(shè)定的定標(biāo)都是比較常見，例如樓梯扶手，柱子，桌子等，讓盲人觸碰這些定標(biāo)，如果觸碰到，則說明盲人在既定的那段路線中，此時(shí)盲人通過語音表示觸碰到定標(biāo)，提示手機(jī)進(jìn)行下一個(gè)定標(biāo)的導(dǎo)航；如果觸碰不到，則說明由于累積誤差較大，盲人已經(jīng)偏離原本路徑，也有可能之前記錄的定標(biāo)由于某種原因被移除了，此時(shí)，盲人進(jìn)行語音輸入提示未觸碰到既定的定標(biāo)，手機(jī)接收到語音之后，迅速做出判斷，向監(jiān)護(hù)人發(fā)送此時(shí)盲人所處的位置，監(jiān)護(hù)人迅速調(diào)出地圖，確定盲人位置，指導(dǎo)盲人做出判斷；也可以通過求助路人，將盲人帶到手機(jī)上顯示的下一個(gè)定標(biāo)。每次手機(jī)都將盲人走過的路徑實(shí)時(shí)的記錄下來，多次記錄之后，隨著手機(jī)中記錄的路徑數(shù)量的增加，導(dǎo)航的精度也得到極大的提高。根據(jù)上訴軌跡生成過程，將盲人在現(xiàn)實(shí)生活中有可能去過的地點(diǎn)的軌跡路徑都實(shí)時(shí)記錄下來。接下來即實(shí)現(xiàn)路徑的匹配。如圖2所示，模擬商場的路徑，虛線表示記錄到手機(jī)中的路徑圖。環(huán)形圈表示定標(biāo)，通過定標(biāo)來進(jìn)行當(dāng)前位置的校正。當(dāng)盲人開始導(dǎo)航的時(shí)候，手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的提醒，如果與既定路線匹配，并且成功到達(dá)定標(biāo)處，則導(dǎo)航成功，以此類推，完成最終軌跡路線的導(dǎo)航。因?yàn)橥饨绛h(huán)境的復(fù)雜性，使得每一次手機(jī)記錄的路徑都會有些偏差，因此每一次成功導(dǎo)航的路線都將記錄在手機(jī)中，如圖2所示，紅色路徑、黑色路徑存在差異，但是能夠成功導(dǎo)航，將這兩條路徑都記錄到手機(jī)中，多次之后，手機(jī)中的路線逐漸豐富。導(dǎo)航的精度也將得到很大的提高。

二、地磁校準(zhǔn)

2.1地磁匹配的相關(guān)方法原理

盲人在匹配區(qū)域運(yùn)動時(shí)，磁傳感器按一定的時(shí)間間隔采集一系列地磁場強(qiáng)度值，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到測量數(shù)據(jù)帶，記為:H_N＝[h1，h2，…，hN]，其中:H為觀測值序列，N為一次匹配的采樣個(gè)數(shù),也稱為測量帶長(或匹配長度)，其值大小由地磁場的特點(diǎn)決定。當(dāng)磁場信息豐富時(shí)，N可適當(dāng)取小些；當(dāng)磁場信息貧乏時(shí)，N應(yīng)取大些。根據(jù)慣性導(dǎo)航輸出的位置在地磁圖上提取地磁參考信息，地磁參考信息記為g_N＝[g1，g2，…,gN]，其中g(shù)_N為參考值序列，H_N和g_N是對應(yīng)的序列。在段時(shí)間內(nèi)，假設(shè)慣導(dǎo)的輸出軌跡與真實(shí)軌跡是平行的，這個(gè)假設(shè)在段時(shí)間內(nèi)合理。在搜索區(qū)域,可以得到S(S的取值根據(jù)實(shí)際情況確定，當(dāng)?shù)卮艌鲎兓艽髸r(shí)取大一點(diǎn)，變化很小時(shí)取小一點(diǎn))個(gè)與慣導(dǎo)輸出軌跡平行的軌跡，再根據(jù)S個(gè)軌跡在地磁圖中提取地磁場數(shù)據(jù)，得到S個(gè)數(shù)據(jù)向量。把地磁測量值向量和這些地磁圖上的數(shù)據(jù)向量進(jìn)行相關(guān)極值運(yùn)算，可以確定航行體的位置。文中相關(guān)極值運(yùn)算采用均方誤差(MSD)，把搜索區(qū)域中得到的S個(gè)數(shù)據(jù)向量與觀測值向量分別計(jì)算均方誤差J_MSD，最小的J_MSD對應(yīng)的即作為匹配位置。

2.2基于Monte Carlo方法的地磁匹配算法

由于地磁測量儀的測量值中包含各種誤差因素，按照上述方法匹配的位置往往不是航行體的真實(shí)位置，而是位于真實(shí)位置的附近。由于測量誤差的隨機(jī)性，匹配位置在真實(shí)位置周圍的分布也是隨機(jī)的。因此對H_N進(jìn)行多次控制干擾強(qiáng)度的隨機(jī)干擾，使得到的匹配位置落在真實(shí)位置周圍，然后取這些位置的平均值作為匹配位置，可以減少誤差。此方法和Monte Carlo方法的原理是類似的。

因而關(guān)鍵的問題是如何確定隨機(jī)干擾的強(qiáng)度。假設(shè)一次搜索完成后，最小的指標(biāo)值為J_MIN，而真實(shí)位置處對應(yīng)的指標(biāo)為J_REAL，顯然有J_REAL≥J_MIN，而J_MIN可以作為衡量本次匹配過程中誤差總體水平的一個(gè)指標(biāo)。如果對測量地磁數(shù)據(jù)值向量H_N加以與J_MIN相關(guān)的某種幅度的白噪聲隨機(jī)干擾后得到向量H′_N，用H′_N在搜索區(qū)域中進(jìn)行一次搜索后，如果搜索后的最小指標(biāo)為J′_MIN，且滿足條件“J_MIN<J′_MIN<ηJ_MIN(η＞1)”，那么直觀上新搜索到的位置更接近真實(shí)位置，從而得到基于Monte Carlo方法的地磁匹配算法。具體地：

1)在當(dāng)前匹配時(shí)刻t，用當(dāng)前時(shí)刻地磁測量值和前N-1個(gè)時(shí)刻的地磁測量值組成測量地磁數(shù)據(jù)向量H_N。

2)根據(jù)慣導(dǎo)指示位置確定搜索區(qū)域，計(jì)算搜索區(qū)域中S個(gè)對應(yīng)地磁圖上的數(shù)據(jù)向量g_N，并依次作為一個(gè)矩陣P的列向量。

3)按式(1)在矩陣P中搜索最小的指標(biāo)值，記錄該最小值為J_MIN0、它對應(yīng)向量的位置(m′₀,n′₀)。

4)循環(huán)對H_N進(jìn)行若干次隨機(jī)干擾，對所有滿足特定條件的匹配進(jìn)行計(jì)數(shù)。

當(dāng)計(jì)數(shù)到i時(shí)，記m_i＝m′,n_i＝n′，在計(jì)數(shù)到預(yù)定的常數(shù)R的時(shí)候結(jié)束循環(huán)。將所有滿足上述條件的坐標(biāo)排列成向量:

Y_λ＝[m₁,m₂,…,m_R]

5)取向量Y_λ的均值作為最終的匹配位置坐標(biāo)。

2.3為了驗(yàn)證該算法的可行性，對該算法進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，如圖3所示。由結(jié)果可以看出:該算法可以有效修正慣性導(dǎo)航的誤差，可以提高慣性導(dǎo)航的精度。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。