基于SEMG輔助的MIMU個(gè)人定位技術(shù)研究.pdf

1、隨著對(duì)室內(nèi)導(dǎo)航、特殊和未知環(huán)境導(dǎo)航定位需求的與日俱增，作為目前個(gè)人導(dǎo)航領(lǐng)域重要定位手段的衛(wèi)星導(dǎo)航，卻在各種復(fù)雜和特殊環(huán)境下，存在著失效的挑戰(zhàn)。在民用、軍用和深空探測(cè)等領(lǐng)域，目前的個(gè)人定位技術(shù)在面對(duì)單兵、多人協(xié)同作戰(zhàn)和深空定位導(dǎo)航環(huán)境時(shí)，不能滿(mǎn)足工程和實(shí)際應(yīng)用需求以及未來(lái)智能化發(fā)展趨勢(shì)。為此，探索和研究了基于SEMG輔助的MIMU個(gè)人定位技術(shù)。一方面， MIMU和SEMG信號(hào)都可以測(cè)量明顯人體運(yùn)動(dòng)，另一方面，SEMG還可以測(cè)量非明顯人體運(yùn)

2、動(dòng)，甚至可以感知人體運(yùn)動(dòng)意圖來(lái)對(duì)實(shí)際動(dòng)作進(jìn)行預(yù)判，為個(gè)人定位提供了更多發(fā)展的方向。因此，論文開(kāi)展了運(yùn)用SEMG信息來(lái)輔助MIMU個(gè)人定位技術(shù)的研究，主要的研究工作包含以下幾個(gè)方面：
　?、賹?duì)MIMU個(gè)人導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了學(xué)習(xí)，掌握四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算，并計(jì)算得到載體的速度位置信息的原理。分析了SEMG信號(hào)的產(chǎn)生及特征，介紹下肢肌群及其運(yùn)動(dòng)功能，選擇對(duì)步態(tài)姿勢(shì)控制作用顯著的股直肌和腓腸肌獲取SEMG信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪和活

3、動(dòng)段增強(qiáng)等預(yù)處理后，對(duì)其MAV、RMS和IEMGp變化等的特征參數(shù)進(jìn)行提取。將預(yù)處理后的任意腿的IEMGp信號(hào)通過(guò)峰值法計(jì)算得到步頻；設(shè)計(jì)一種基于LM算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將SEMG特征參數(shù)和步頻信息作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，設(shè)定實(shí)際行走距離除以真實(shí)步數(shù)得到的步長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)輸出進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到步長(zhǎng)估計(jì)。
　?、诖罱讼到y(tǒng)平臺(tái)并對(duì)各部分硬件模塊性能及功能進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明；分析了MEMS器件的誤差來(lái)源，提出一種操作簡(jiǎn)單，可以在沒(méi)有昂貴

4、的精密轉(zhuǎn)臺(tái)的條件下進(jìn)行快速、穩(wěn)定、有效的標(biāo)校MIMU的方案，其標(biāo)校精度與高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)校法精度相當(dāng)，符合MIMU工程應(yīng)用要求。
　?、鄯謩e對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了室內(nèi)外測(cè)試和行走實(shí)驗(yàn)。室內(nèi)測(cè)試在常速行走時(shí)步長(zhǎng)誤差可達(dá)10-4數(shù)量級(jí)，在快速行走時(shí)步長(zhǎng)誤差小于0.01％；室外行走測(cè)試的6組數(shù)據(jù)中，步數(shù)檢測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)99.35%，估計(jì)步長(zhǎng)的誤差最大不超過(guò)0.74%，在約80s時(shí)間內(nèi)行走100m的距離誤差小于1.5%。直線行走實(shí)驗(yàn)中，SEMG輔助的