便攜式移動電子設備的步行者航位推算技術(shù)研究.pdf

1、便攜式移動電子設備的快速發(fā)展,給人們的生活帶來了很大的改變,其中智能手機和平板電腦已經(jīng)成為日常生活中必不可少的工具。為了有更加新穎的應用和更絢麗的視覺效果,智能手機和平板電腦中集成了多種微傳感器,如三軸MEMS加速度計、三軸MEMS陀螺儀和MEMS磁力計等。
　　本文依據(jù)UESTC-NOKIA國際合作項目,旨在研究一種基于MEMS慣性傳感器的適用于移動電子設備的新型而有趣的步行者導航方式。
　　因為成本控制,便攜式移動電子設

2、備中使用的MEMS慣性傳感器有精度偏低、隨機誤差較大等缺點。針對這些缺點,本文對使用的LIS344ALH加速度傳感器和Ex3500A4962A陀螺儀建立了誤差模型;使用“六位置法”標定了加速度傳感器和陀螺儀的靜態(tài)誤差;針對隨機誤差設計了低通濾波器和狀態(tài)擴增卡爾曼濾波器,有效地抑制了傳感器信號的漂移,提高了航位推算的精度。
　　慣性測量單元被捆綁于步行者的腰部,其中三軸MEMS加速度計用于測量的步行者的加速度,MEMS陀螺儀用于測量

3、步行者轉(zhuǎn)向時的角速率。通過對步行者一次邁步周期內(nèi)的動力學模型的分析,提取特征量判別步行者的邁步步態(tài)信息:邁步起至點、站立階段、邁步階段,進而估計步行者的步頻、步數(shù)和步長;利用加速度計信號通過姿態(tài)算法可間接推算步行者的姿態(tài)角。通過角速率可直接計算步行者的姿態(tài)矩陣和姿態(tài)角。采用互補濾波算法融合兩種算法得到的姿態(tài)角,提高了姿態(tài)角的計算精度,有效地降低了計算姿態(tài)角所產(chǎn)生的累積誤差對運動軌跡的影響,使之更適用于低精度慣性傳感器。最后通過航位推算原

4、理,合成步行者的相對運動軌跡。
　　最后本文對整個系統(tǒng)在Linux系統(tǒng)中進行了算法編程。為驗證步行者航位推算系統(tǒng)的精度和對個體差異的適應性,在室內(nèi)環(huán)境中以普通人的正常行走速度進行了現(xiàn)場試驗。根據(jù)試驗結(jié)果對步長估計算法和姿態(tài)更新算法的精度做了對比分析和評估;并將試驗結(jié)果與實際參考數(shù)據(jù)軌跡作對比,分析了步行者航位推算算法的準確性和可行性,且該系統(tǒng)可以滿足消費電子領(lǐng)域?qū)崟r性的需求。并根據(jù)實驗所得的結(jié)果和數(shù)據(jù)分析,本文還提出了一些改進意