基于微慣性系統(tǒng)的室內定位方法研究.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(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，但在室內環(huán)境下容易受到復雜環(huán)境的干擾導致信號微弱不能完成定位服務?，F有的室內定位系統(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)境中提前安裝基礎設施，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、不需要外部基

2、礎設施、輸出頻率高、短時精度高的優(yōu)點，特別是近年來微機電(Micro-Electro-Mechanical，MEMS)技術的發(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)設計了導航定位算法，主要的研究內容包括以下幾部分:
　　第一，充分調研了MEMS慣性傳感器室內定位的研究現狀，前期通過實驗數據分析了人體不同部位在移動過程中的

3、運動狀態(tài)。根據分析的結果結合MEMS慣性傳感器的誤差特性和人體腳步的運動特征設計了鞋綁式的MEMS慣性傳感器室內定位方案。
　　第二，針對低成本的MEMS慣性傳感器陀螺噪聲大、漂移嚴重的問題，研究了磁力計輔助MEMS慣性傳感器粗對準的方法。利用加速度計的輸出計算俯仰角和橫滾角，根據磁力計的特點，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。設計了一種適應于多種步態(tài)的零速區(qū)間檢測算法。采用掃描定時間內MEMS慣性傳感器輸出的加速度信息進行判斷運動狀態(tài)，再根據運動狀態(tài)匹配相應閾值方法。利用實驗樣機進行了不同狀態(tài)下的行走實驗，對適應于多步態(tài)的零速區(qū)間檢測算法進行了驗證，實驗結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。并根據檢測到的零速區(qū)間設計了一種計步算法。

5、r>　　第四，根據前面檢測到零速區(qū)間，設計了零速修正(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行估計和補償。
　　第五，為了驗證定位算法的準確度和有效性，利用低成本的MEMS IMU作為實驗樣機在實驗樓內的不同實驗環(huán)境下分別進行了慢速行走實驗、上下樓梯實驗、大