基于MEMS行人慣性導(dǎo)航的零速度修正技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展及城市化的快速推進(jìn)，高林密布的大樓和大而密封的室內(nèi)環(huán)境越發(fā)增多。在傳統(tǒng)的GPS導(dǎo)航技術(shù)中，由于其信號(hào)在穿透建筑物后會(huì)被嚴(yán)重削弱，所以很難應(yīng)用于室內(nèi)導(dǎo)航與定位。然而，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的快速發(fā)展為這一問(wèn)題帶來(lái)了解決方案，基于MEMS的慣性器件以其自身體積小、成本低、功耗低等特點(diǎn)在室內(nèi)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航應(yīng)用方面有了廣泛研究。但是，由于MEMS慣性器件本身存在漂移、噪聲等誤差，所以在將其應(yīng)用于室內(nèi)導(dǎo)航的過(guò)程時(shí)，如何消除誤差是較為

2、重要的難題。
　　本文將基于鞋綁式的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，擬研究行人在不同步態(tài)（正常步行、跑步）下，針對(duì)慣性器件自身的漂移誤差和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引入的噪聲誤差進(jìn)行零速度修正研究。其原理是當(dāng)行人以不同步態(tài)活動(dòng)時(shí)，腳步與地面接觸過(guò)程中會(huì)存在一段理論上速度為零的時(shí)刻，而實(shí)際上并非為零，因此，通過(guò)檢測(cè)到腳步處于零速度時(shí)刻，就可預(yù)測(cè)到誤差值，然后進(jìn)行剔除。零速度時(shí)刻檢測(cè)部分將分別依據(jù)慣性傳感器數(shù)據(jù)（加速度值與角速度值）和固定在正腳背上的超聲波模塊，

3、測(cè)量其與地面距離的數(shù)據(jù)。其中依據(jù)慣性傳感器數(shù)據(jù)的零速度檢測(cè)算法，采用一種基于加速度平方和、加速度平方和的方差和角速度值的多條件方法，而依據(jù)超聲波數(shù)據(jù)的零速度檢測(cè)算法是根據(jù)對(duì)雙足運(yùn)動(dòng)步態(tài)模型的分析，推出超聲波數(shù)據(jù)模型，再根據(jù)模型總結(jié)出檢測(cè)算法，從而找到零速度時(shí)刻。考慮到超聲數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，使用局部加權(quán)回歸散點(diǎn)平滑法處理超聲波數(shù)據(jù)，使其整體能夠更加具體的顯示出運(yùn)動(dòng)模型的規(guī)律和趨勢(shì)，從而方便檢測(cè)。通過(guò)兩種零速度檢測(cè)方法檢測(cè)到零速度時(shí)刻后，再觸發(fā)

4、卡爾曼濾波進(jìn)行誤差預(yù)測(cè)并更新速度、位置和姿態(tài)信息。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果驗(yàn)證了零速度檢測(cè)算法的可行性，以及在不同步態(tài)下，基于慣性數(shù)據(jù)和基于超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行零速度修正后得到的步數(shù)、單步步長(zhǎng)、整體距離與實(shí)際情況相符。在步數(shù)方面，兩者均能100％檢測(cè)到;而單步步長(zhǎng)與實(shí)際設(shè)定值的誤差也不大;在整體運(yùn)動(dòng)距離方面，兩者修正后在正常步行步態(tài)下得到了1％以內(nèi)的距離誤差，而跑步則達(dá)到了2％以內(nèi)的距離誤差。但其中，基于超聲波的零速度修正得到的結(jié)果要好于