基于便攜設(shè)備行人航位推算的室內(nèi)定位研究.pdf

1、基于位置的服務(wù)在軍事、急救和商業(yè)領(lǐng)域都有著十分重要的應(yīng)用。然而在室外占主導(dǎo)地位的GNSS（Global Navigation Satellite System）并不能在室內(nèi)提供定位服務(wù)。日益普及的智能手機(jī)無(wú)疑是個(gè)人應(yīng)用中基于位置服務(wù)的主要載體，而智能手機(jī)豐富的環(huán)境感知能力使其具備了在室內(nèi)定位用戶的能力。
　　本課題基于智能手機(jī)的MARG（Magnetic, Angular Rate, and Gravity）傳感器（即加速度計(jì)、陀

2、螺儀和磁力計(jì)），研究在室內(nèi)條件下如何通過(guò)手機(jī)的自包含傳感器計(jì)算行人的行進(jìn)方向和運(yùn)動(dòng)軌跡，并設(shè)計(jì)粒子濾波器融合室內(nèi)平面圖和行人航位推算信息，實(shí)現(xiàn)行人室內(nèi)定位解決方案。上述方案只使用普及的智能手機(jī)和室內(nèi)平面圖信息，不需要任何額外的基礎(chǔ)設(shè)施。
　　實(shí)現(xiàn)手機(jī)行人航位推算室內(nèi)定位的挑戰(zhàn)在于：手機(jī)傳感器采樣率低、噪聲大；室內(nèi)磁場(chǎng)干擾嚴(yán)重；手機(jī)運(yùn)動(dòng)自由度高、放置位置多樣化；粒子濾波計(jì)算量較大等。針對(duì)這些挑戰(zhàn)本文重點(diǎn)研究以下三個(gè)方面：
　　

3、1.對(duì)磁場(chǎng)異常免疫的姿態(tài)算法研究
　　室內(nèi)的磁場(chǎng)干擾會(huì)造成偏航角估計(jì)的偏差，繼而影響行人航位推算的精度。本文提出了一個(gè)兩階段的濾波器來(lái)判斷磁場(chǎng)的受干擾情況：在一階段，通過(guò)模糊邏輯和廣義似然比檢測(cè)磁場(chǎng)計(jì)算的偏航角是否被干擾；第二階段比較由磁場(chǎng)和慣性器件測(cè)量的偏航角的變化趨勢(shì)是否一致，并使用濾波器的輸出融合傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算姿態(tài)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的性能。
　　2.行人行進(jìn)方向算法研究
　　手機(jī)在實(shí)際使用中存在多種放置位置且

4、運(yùn)動(dòng)自由度較大，本文將其歸納為4種使用模式，即指南針模式、打電話模式、口袋模式和擺臂模式，并利用行人的步態(tài)特征實(shí)現(xiàn)了從偏航角估計(jì)行人行進(jìn)方向和對(duì)水平加速度主元素分析計(jì)算行進(jìn)方向兩種算法，通過(guò)長(zhǎng)距離的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述算法的可行性。
　　3.自適應(yīng)的粒子濾波算法
　　本文使用二進(jìn)制權(quán)重減少計(jì)算量，并利用每一代粒子的存活情況更新行人航位推算中的行進(jìn)方向和步長(zhǎng)模型中的參數(shù)，使用較少的粒子達(dá)到了亞米級(jí)的定位精度。本文通過(guò)將地圖網(wǎng)格化，并