Hybrid pedestrian positioning system using wearable inertial sensors and ultrasonic ranging

测距 惯性测量装置 计算机科学 可穿戴计算机 稳健性(进化) 运动捕捉 超声波传感器 实时计算 模拟 人工智能 工程类 运动(物理) 嵌入式系统 声学 电信 基因 生物化学 物理 化学
作者
Lin Qi,Yu Liu,Chuanshun Gao,Tao Feng,Yue Yu
出处
期刊:Defence Technology [Elsevier BV]
卷期号:33: 327-338 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.dt.2023.11.006
摘要

Pedestrian positioning system (PPS) using wearable inertial sensors has wide applications towards various emerging fields such as smart healthcare, emergency rescue, soldier positioning, etc. The performance of traditional PPS is limited by the cumulative error of inertial sensors, complex motion modes of pedestrians, and the low robustness of the multi-sensor collaboration structure. This paper presents a hybrid pedestrian positioning system using the combination of wearable inertial sensors and ultrasonic ranging (H-PPS). A robust two nodes integration structure is developed to adaptively combine the motion data acquired from the single waist-mounted and foot-mounted node, and enhanced by a novel ellipsoid constraint model. In addition, a deep-learning-based walking speed estimator is proposed by considering all the motion features provided by different nodes, which effectively reduces the cumulative error originating from inertial sensors. Finally, a comprehensive data and model dual-driven model is presented to effectively combine the motion data provided by different sensor nodes and walking speed estimator, and multi-level constraints are extracted to further improve the performance of the overall system. Experimental results indicate that the proposed H-PPS significantly improves the performance of the single PPS and outperforms existing algorithms in accuracy index under complex indoor scenarios.
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