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摘要人体步态特征是人体活动过程中一个非常重要的特征，从中提取的信息可以反映人体的健康状况，具有重要的意义。而随着电子技术的发展，穿戴型电子设备已经可以准确的测量人体状况。本文使用含有加速度计和陀螺仪的可穿戴型人体步态测量系统对人行走时的步态信号进行了测量，同时着重对步态信号的处理算法进行了研究。本文编写了步态周期分段算法，将步态信号按周期分割出来；同时使用龙格-库塔算法求解了动态过程中的四元数，然后通过基于四元数的坐标转化算法，实现了坐标系之间的转换；最后对转化所得信号，使用梯形数值积分法实现了对步态参数的求解。26024
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毕业论文关键词 加速度 角速度 步态 坐标转换
Title The study on processing methods of signal from
human gait measurement system
Abstract
Human gait is one of very important characteristics of human activities,form which
we extract the information can reflect the human health,and it is improtant.With
the development of electronic technology, wearable electronic devices can
accurately measure human condition.
In this paper,we use the wearable human gait measurement system,which includes
accelerometer and angular velocity,to measure the signal of human walking,and we
studyed deeply on the processing algorithm of the gait signal.In this paper,the
gait cycle segmentation algorithm is written to segment the gait signal;Runge Kutta
algorithm is used to solve the quaternion of the dynamic process,then the
conversion of the coordinate system can be solved by the conversion algorithm based
on quaternion;Finally,by using the trapezoidal numerical integration method,the
gait parameters are solved.
Keywords Acceleration;Angular velocity;Gait;Coordinate conversion目 次
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义.. 1
1.2 国内外研究现状. 2
1.3 本文主要内容.. 3
2 步态测量系统设计 4
2.1 系统总体框架.. 4
2.2 惯性测量模块.. 4
2.3 无线数据传输模块 6
2.4 数据处理模块.. 6
2.5 本章小结 7
3 步态信号处理算法介绍. 8
3.1 步态周期识别算法 8
3.1.1 步态周期划分.. 8
3.1.2 步态周期分段算法. 10
3.2 基于惯性导航四元数的坐标转换算法.. 11
3.2.1 坐标系 11
3.2.2 坐标系转化. 12
3.2.3 四元数法.. 13
3.2.3 四元数求姿态矩阵. 15
3.3 本章小结.. 15
4 人体步态信号处理算法实现 16
4.1 算法实现流程图.. 16
4.2 步态周期识别运算. 17
4.2.1 角速度预处理 17
4.2.2 过零干扰排除 18
4.3 步态参数计算 19
4.3.1 初始姿态求解 20
4.3.2 步态参数求解 21
4.4 实验结果. 23
4.5 本章小结. 24
结 论.. 25
致 谢.. 26
参考文献.. 271 绪论
1.1 课题研究背景和意义
随着社会经济的发展，人们的生活水平有了极大地提高，同时伴随社会的发展，我国出
现了人口老龄化的趋势，并且情况越来越严重。根据我国第优尔次人口普查结果显示，全国登
记在册的人口一共有 13亿 3 千多万人，而 60 岁以上老人所占比重为 13.26%，呈逐年上升趋
势。由于我国仍然处于发展中国家行列，人均经济水平不高，而且经济发展不平衡（东西发
展，城乡发展差异巨大） ，同时社会保障体系不健全，本身医疗资源紧张的状况，随着人口老
龄化将会更加严重。随着现在经济水平的提高，人们健康意识逐渐增强，开始重视自身健康，
这更加加剧了医疗资源的紧张。解决这一现状，短时期内通过提高经济水平是一件很困难的
事情，但是我们可以通过设计小型化、易操作的人体特征检测装置，让人们在家中就可以实