基于運動傳感的個人導(dǎo)航系統(tǒng)及算法研究.pdf

1、定位和導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代社會中有著重要的地位和作用。目前廣泛使用的定位導(dǎo)航是基于衛(wèi)星的GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS定位精度高，使用范圍廣，但是存在衛(wèi)星信號易被遮擋的缺點，所以在衛(wèi)星信號遮擋嚴重的室內(nèi)、市區(qū)道路、叢林、峽谷等環(huán)境中需要一種新的定位手段進行定位導(dǎo)航。基于運動傳感的個人定位技術(shù)具有不受環(huán)境約束、使用靈活性和定位魯棒性好的優(yōu)點，對更好地應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境下的個人導(dǎo)航定位任務(wù)具有重要的理論和實際意義，在應(yīng)急救災(zāi)、反恐安全、軍事行動指揮及日

2、常導(dǎo)航等方面具有重要的應(yīng)用價值。
　　 本論文首先對個人航跡推算定位系統(tǒng)進行了硬件設(shè)計和實驗平臺的搭建。在基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)平臺上，對各傳感器信號采集電路、GPS輸入模塊接口以及結(jié)果輸出等模塊進行了設(shè)計和開發(fā)。所得到的最終硬件系統(tǒng)經(jīng)測試，性能良好，為后續(xù)的航跡推算算法研究提供了良好的實驗平臺。
　　 在航跡推算算法研究中，運動步長和航向是決定定位精度的兩個最重要的因素。對于運動步長的估算，本論文提出了一種運動步長模

3、型。該運動步長模型建立了步長和步頻之間的非線性關(guān)系。通過傳感器測量人的步頻，然后根據(jù)該步長模型估算運動步長。在步伐檢測中，本論文在傳統(tǒng)的基于加速度計的計步方法上，提出了一種新的基于單軸陀螺儀的計步方法。對于運動航向的估算，本論文提出基于陀螺儀和電子羅盤簡單融合航向估計算法。該航跡推算算法有著較好定位精度和穩(wěn)定性。為了對航跡推算的累積誤差進行修正，本論文將GPS信號與航跡推算融合，使有GPS信號時系統(tǒng)能對航跡推算進行修正。實驗表明該融合方

4、法在GPS信號較好的環(huán)境中有著較好效果。
　　 最后，為了進一步提高航跡推算的精度，以及融合GPS和航跡推算組合導(dǎo)航的精度和適用性，論文提出基于卡爾曼濾波的融合算法。對于航跡推算精度影響較大的航向，本論文提出了基于線性卡爾曼濾波的最優(yōu)航向估算方法，該算法先對陀螺儀和電子羅盤進行線性卡爾曼濾波融合，然后再對卡爾曼估算結(jié)果進行分段平滑濾波，消除人體擺動航向噪聲。為了進一步降低純航跡推算的累積誤差，針對有間歇GPS可用的情況，提出了基