一种基于运动状态驱动实现室内外定位切换的智能服装的制作方法

本发明涉及智能穿戴与定位，更具体的是涉及一种基于运动状态驱动实现室内外定位切换的智能服装。

背景技术：

1、随着智能穿戴技术的发展，具备定位功能的智能服装在老人看护、儿童防走失、户外运动、消防救援等场景得到广泛应用。室外定位通常采用gnss（全球导航卫星系统，如gps、北斗），在开阔环境下精度较高，但在室内会因建筑物遮挡而信号衰减甚至失效；室内定位则通常采用uwb（超宽带）、ble（蓝牙低功耗）或wifi等方式，在室外覆盖范围和部署密度不足。因此，智能服装需要在室外gnss定位与室内定位之间进行切换。

2、现有的室内外定位切换方案大多以gnss信号强度或信噪比作为唯一判据：当卫星信噪比低于某一阈值时切换到室内定位，高于阈值时切回gnss。然而，在城市峡谷、高架桥下、浓密树荫、大型窗边、半开放场馆等场景中，gnss信号会发生衰减，但用户实际上仍处于室外或半室外环境，仅以信号强度判断会导致频繁的误切换和定位跳变。此外，当用户真正进入建筑物（如穿过门厅、电梯）时，信号衰减与运动状态的变化之间存在时间差，仅靠信号阈值难以准确判断用户的"进出"意图。

3、因此，需要一种能够结合用户运动状态意图、提高室内外切换准确性的智能服装定位方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于运动状态驱动实现室内外定位切换的智能服装，利用服装贴身佩戴的imu准确感知人体运动状态，将运动状态的转变作为室内外定位切换的主要驱动条件，结合gnss信号质量进行双条件确认，并通过滞回阈值和过渡期航位推算抑制误切换，提高定位连续性与准确性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于运动状态驱动实现室内外定位切换的智能服装，包括服装本体，所述服装本体上设有主控单元、惯性测量单元imu、gnss定位模块、室内定位模块和电源模块；所述imu、gnss定位模块、室内定位模块和电源模块分别与主控单元连接；

4、所述主控单元执行以下定位方法：

5、s1、运动状态识别：主控单元以频率f1采集imu的三轴加速度和三轴角速度数据，在长度为w的滑动时间窗口内提取加速度信号的峰峰值a_pp和步频f_step，根据a_pp和f_step将人体运动状态分类为静止、步行和跑步；

6、s2、信号质量采集：主控单元以频率f2采集gnss定位模块输出的载噪比c/n0；

7、s3、室外转室内判定：当系统处于室外定位模式时，若同时满足以下条件并持续第一确认时间t1，则切换至室内定位模式：

8、（a）c/n0下降至进入阈值c_in以下；

9、（b）运动状态由步行或跑步转变为静止，或步频f_step低于步行下限f_low；

10、s4、室内转室外判定：当系统处于室内定位模式时，若同时满足以下条件并持续第二确认时间t2，则切换至室外定位模式：

11、（a）运动状态由静止转变为步行或跑步，或步频f_step高于步行下限f_low；

12、（b）c/n0上升至退出阈值c_out以上，且所述退出阈值c_out大于进入阈值c_in；

13、s5、过渡衔接：在定位模式切换前后的过渡时间段δt内，主控单元以imu航位推算结果作为定位输出，对切换前后两时刻的定位坐标进行平滑衔接。

14、进一步地，步骤s1中运动状态分类的具体方法为：

15、当a_pp < a0时判定为静止；

16、当a_pp ≥ a0且f_step ∈ [f_low, f_high]时判定为步行；

17、当a_pp ≥ a0且f_step > f_high时判定为跑步；

18、其中a0为静止加速度阈值，f_low为步行下限频率，f_high为跑步下限频率。

19、进一步地，步频f_step通过对滑动窗口内的加速度合成信号进行去均值后做自相关分析，取自相关函数第一个显著峰值对应的延迟的倒数得到。

20、进一步地，步骤s3和s4中，所述进入阈值c_in取25~30 db-hz，退出阈值c_out取35~40 db-hz，c_out与c_in之间形成滞回区间；第一确认时间t1取3~8秒，第二确认时间t2取5~15秒，且t2 > t1。

21、进一步地，步骤s5中imu航位推算的方法为：

22、以切换前最后一时刻的定位坐标和航向作为初始值，利用imu输出的加速度经重力分量补偿后积分得到速度、再积分得到位移增量，利用陀螺仪输出的角速度积分得到航向增量，在过渡时间段δt内递推定位坐标；当新模式完成首次有效定位输出后，以新模式坐标校正航位推算累积误差并退出过渡状态。

23、进一步地，所述室内定位模块为uwb定位模块或ble信标定位模块。

24、进一步地，所述服装本体上还设有柔性导电纱线，所述主控单元通过柔性导电纱线与imu、gnss定位模块、室内定位模块和电源模块电连接；所述gnss定位模块的柔性天线缝制于服装本体的肩部位置，所述室内定位模块的天线缝制于服装本体的胸部位置。

25、进一步地，所述主控单元、imu、gnss定位模块、室内定位模块和电源模块均通过导电按扣可拆卸地连接于服装本体上。

26、进一步地，所述服装本体上还设有与主控单元连接的心率传感器和体温传感器。

27、本发明还提供一种基于运动状态驱动的室内外定位切换方法，采用上述智能服装，包括上述步骤s1-s5。

28、本发明的有益效果如下：

29、1、以运动状态转变作为室内外切换的主驱动条件。用户进出建筑物时，其运动状态通常伴随"行走→停止"（进入）或"停止→行走"（出）的转变，这种运动意图比单纯的信号衰减更能反映真实的室内外场景切换，有效避免了城市峡谷、树荫、窗边等场景因信号短暂衰减导致的误切换。

30、2、采用"运动状态+信号质量"双条件确认机制，两个条件需同时满足且持续一定时间才触发切换，显著降低了误触发概率。

31、3、进入阈值c_in与退出阈值c_out不等形成滞回区间，且进入确认时间t1短于退出确认时间t2，既保证了进入室内时快速切换不丢失定位，又避免了在门口、窗边等边界区域反复横跳。

32、4、切换过渡期采用imu航位推算填补新旧定位模式之间的输出间隙，定位坐标连续不跳变，提升了用户体验。

33、5、各模块通过导电按扣可拆卸连接于服装本体，便于充电、清洗和维护；gnss天线布置于肩部、室内天线布置于胸部，兼顾卫星信号接收朝向和人体对超宽带信号的传播特性。

1.一种基于运动状态驱动实现室内外定位切换的智能服装，包括服装本体（1），其特征在于：所述服装本体（1）上设有主控单元（2）、惯性测量单元imu（3）、gnss定位模块（4）、室内定位模块（5）和电源模块（6），所述imu（3）、gnss定位模块（4）、室内定位模块（5）和电源模块（6）分别与主控单元（2）连接；

2.根据权利要求1所述的智能服装，其特征在于：所述主控单元（2）按以下规则分类运动状态：当a_pp < a0时判定为静止；当a_pp ≥ a0且f_low ≤ f_step ≤ f_high时判定为步行；当a_pp ≥ a0且f_step > f_high时判定为跑步；其中a0为静止加速度阈值，f_low为步行下限频率，f_high为跑步下限频率。

3.根据权利要求2所述的智能服装，其特征在于：所述步频f_step通过对滑动窗口内的三轴加速度合成信号去均值后做自相关分析，取自相关函数第一个显著峰值对应的延迟的倒数获得。

4.根据权利要求1所述的智能服装，其特征在于：所述进入阈值c_in为25~30 db-hz，退出阈值c_out为35~40 db-hz；第一确认时间t1为3~8秒，第二确认时间t2为5~15秒，且t2 >t1。

5.根据权利要求1所述的智能服装，其特征在于：所述imu航位推算以切换前最后一时刻的定位坐标和航向为初始值，利用经重力分量补偿后的imu加速度积分得到速度和位移增量，利用陀螺仪角速度积分得到航向增量，在过渡时间段δt内递推定位坐标；当新模式完成首次有效定位输出后，以新模式坐标校正航位推算累积误差。

6.根据权利要求1所述的智能服装，其特征在于：所述室内定位模块（5）为uwb定位模块或ble信标定位模块。

7.根据权利要求1所述的智能服装，其特征在于：所述服装本体（1）上缝制有柔性导电纱线，主控单元（2）通过柔性导电纱线与imu（3）、gnss定位模块（4）、室内定位模块（5）和电源模块（6）电连接；gnss定位模块（4）的gnss柔性天线（41）缝制于服装本体（1）的肩部，室内定位模块（5）的室内定位天线（51）缝制于服装本体（1）的胸部。

8.根据权利要求7所述的智能服装，其特征在于：所述主控单元（2）、imu（3）、gnss定位模块（4）、室内定位模块（5）和电源模块（6）均通过导电按扣可拆卸地连接于服装本体（1）上。

9.根据权利要求1所述的智能服装，其特征在于：所述服装本体（1）上还设有与主控单元（2）连接的心率传感器（9）和体温传感器（10）。

10.一种基于运动状态驱动的室内外定位切换方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的智能服装，包括以下步骤：