基于微慣性系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法研究.pdf

1、隨著近年來科技的發(fā)展，人們在各種場合下對于精確的位置服務(wù)(Location Based Services，LBS)的需求也越來越多。GPS可以精確地提供戶外的位置信息，但在室內(nèi)環(huán)境下容易受到復(fù)雜環(huán)境的干擾導(dǎo)致信號微弱不能完成定位服務(wù)?，F(xiàn)有的室內(nèi)定位系統(tǒng)如超聲波、WLAN、超寬帶、RFID等雖然在一定程度上可以達(dá)到較高的定位精度，但是其缺點是需要在環(huán)境中提前安裝基礎(chǔ)設(shè)施，不能滿足未知環(huán)境下的定位需求。而慣性傳感器具有自主性強(qiáng)、不需要外部基

2、礎(chǔ)設(shè)施、輸出頻率高、短時精度高的優(yōu)點，特別是近年來微機(jī)電(Micro-Electro-Mechanical，MEMS)技術(shù)的發(fā)展，使其具有體積小、易攜帶等優(yōu)點。本文主要基于低成本微慣性測量單元(Micro Inertial Measurement Unit，MEMS IMU)設(shè)計了導(dǎo)航定位算法，主要的研究內(nèi)容包括以下幾部分:
　　第一，充分調(diào)研了MEMS慣性傳感器室內(nèi)定位的研究現(xiàn)狀，前期通過實驗數(shù)據(jù)分析了人體不同部位在移動過程中的

3、運動狀態(tài)。根據(jù)分析的結(jié)果結(jié)合MEMS慣性傳感器的誤差特性和人體腳步的運動特征設(shè)計了鞋綁式的MEMS慣性傳感器室內(nèi)定位方案。
　　第二，針對低成本的MEMS慣性傳感器陀螺噪聲大、漂移嚴(yán)重的問題，研究了磁力計輔助MEMS慣性傳感器粗對準(zhǔn)的方法。利用加速度計的輸出計算俯仰角和橫滾角，根據(jù)磁力計的特點，利用磁力計計算航向角，很好地解決了陀螺精度低造成的對準(zhǔn)誤差大的問題。
　　第三，針對傳統(tǒng)單一閾值零速區(qū)間檢測算法存在的不足，通過真實

4、的樣機(jī)實驗充分分析了在不同的運動狀態(tài)下MEMS慣性傳感器輸出的加速度特點。設(shè)計了一種適應(yīng)于多種步態(tài)的零速區(qū)間檢測算法。采用掃描定時間內(nèi)MEMS慣性傳感器輸出的加速度信息進(jìn)行判斷運動狀態(tài)，再根據(jù)運動狀態(tài)匹配相應(yīng)閾值方法。利用實驗樣機(jī)進(jìn)行了不同狀態(tài)下的行走實驗，對適應(yīng)于多步態(tài)的零速區(qū)間檢測算法進(jìn)行了驗證，實驗結(jié)果表明該算法解決了傳統(tǒng)單一閾值在多種運動狀態(tài)下不匹配的問題，大大提高了零速檢測的精度。并根據(jù)檢測到的零速區(qū)間設(shè)計了一種計步算法。

5、r>　　第四，根據(jù)前面檢測到零速區(qū)間，設(shè)計了零速修正(Zero Velocity Update，ZUPT)加零角速度修正(Zero Augular Rate Update，ZARU)卡爾曼濾波算法。通過在零速區(qū)間觸發(fā)擴(kuò)展卡爾曼濾波器很好地對行走過程中傳感器的累積誤差進(jìn)行估計和補(bǔ)償。
　　第五，為了驗證定位算法的準(zhǔn)確度和有效性，利用低成本的MEMS IMU作為實驗樣機(jī)在實驗樓內(nèi)的不同實驗環(huán)境下分別進(jìn)行了慢速行走實驗、上下樓梯實驗、大