基于MIMU的單兵室內(nèi)導航算法研究.pdf

1、單兵室內(nèi)導航系統(tǒng)可為在封閉、多遮擋環(huán)境下作戰(zhàn)的人員不斷地提供準確導航信息。傳統(tǒng)利用衛(wèi)星的導航模式在室內(nèi)會存在信號缺失、易受干擾等問題，無法得到應用。而基于超聲波（Ultrasonic）、超寬帶（Ultrawideband，UWB）、WLAN、RFID（Radio Frequency IDentification）技術的室內(nèi)定位方法又存在多路徑誤差，甚至需要事先有額外設備的輔助，不僅成本高、且還不能滿足單兵作戰(zhàn)環(huán)境未知性的需求?；谧园?/p>

2、傳感器的個人導航方法是近幾年來的研究熱點，它具有不受外界環(huán)境干擾、自主性強、成本低、體積小、且能輸出連續(xù)導航結(jié)果的優(yōu)勢，適合成為單兵室內(nèi)導航的首選技術。
　　本文深入研究了基于MIMU（Micro Inertial Measurement Unit，微慣性測量單元）的單兵室內(nèi)導航算法。主要研究工作包括：
　?。?）結(jié)合單兵作戰(zhàn)動作和行為的多樣性特征，分析了MIMU的最佳安裝位置，以此設計了——鞋式單兵慣性導航系統(tǒng)。分析了人行

3、走過程的步態(tài)原理，提出了實現(xiàn)導航所需解決的步態(tài)辨識、步長估計、航向估計、導航解算等關鍵問題。
　?。?）實現(xiàn)了三種勻速標準行走下步頻的檢測方法，包括步態(tài)峰值檢測法、Stance Phase檢測法以及自相關檢測法，針對實際應用時存在的步速不恒定、多步態(tài)并存的問題，設計出了一種能適應多步態(tài)的零速檢測算法，同時提出了一種零速—步頻檢測機制，該機制將零速檢測與步頻檢測結(jié)合起來，使得算法可以對人行走時的多種步態(tài)兼容，包括跑步。實驗證明，該機

4、制下的算法步態(tài)檢測精度相比傳統(tǒng)檢測算法精度明顯要高。
　　（3）實現(xiàn)了基于兩種模型的步長估計，并由多組實驗數(shù)據(jù)擬合出了模型中參數(shù)變化的函數(shù)關系，實現(xiàn)了參數(shù)的自適應化。為充分提高導航穩(wěn)定性和可靠性，提出了一套步態(tài)檢測—步長估計協(xié)調(diào)機制，該機制將捷聯(lián)慣性導航+零速修正方法與步航推算的方法相融合，解決了零速修正失效下的導航發(fā)散問題。
　　（4）設計了基于系統(tǒng)誤差狀態(tài)的擴展卡爾曼濾波器，解決了如何借助獲取的零速信息實現(xiàn)誤差估計和零速

5、修正的問題。同時介紹了導航系統(tǒng)的靜態(tài)誤差補償和水平姿態(tài)角的對準方法。
　?。?）針對室內(nèi)導航航向角漂移問題，結(jié)合靜態(tài)長時間下磁航向穩(wěn)定、且不隨時間發(fā)散的特點，以及建筑樓向信息易測得的優(yōu)勢，設計了系統(tǒng)的航向估計決策機制，有效抑制了導航時航向角誤差累積的問題。
　　（6）給出了單兵室內(nèi)導航算法標定流程，以及完整的算法執(zhí)行流程。通過設計的室內(nèi)導航實驗，評估了算法的精度。結(jié)果表明，算法的位置解算精度理想，RMS評估精度在行程的2％以