【摘要】：微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)具有小尺寸、輕重量和低功耗等優(yōu)點,其優(yōu)勢進一步促進了單兵導航系統(tǒng)(Pedestrian Navigation System,PNS)的發(fā)展。目前,基于MEMS的單兵導航系統(tǒng)已逐漸成為研究熱點。現(xiàn)有的單兵導航主要依靠MEMS/GPS (Global Positioning System)的組合系統(tǒng)實現(xiàn)定位功能。但GPS在室內(nèi)、峽谷等有遮蔽物的環(huán)境中極易發(fā)生信號缺失,從而無法為單兵提供準確連續(xù)的定位服務。此外,基于地圖匹配、攝像機、射頻信號及WiFi的輔助方案也被提出。這些方法雖能提高系統(tǒng)的定位精度,但增加了系統(tǒng)成本,而且這些外界信號源不是普遍存在的,致使其使用環(huán)境有一定的限制。因此,為實現(xiàn)單兵的自主定位功能,滿足單兵導航的不同需求,研究無源信號情況下的單兵自主定位方法意義重大。對于自主式單兵導航系統(tǒng),將由MEMS傳感器構(gòu)成的微慣性測量單元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)放置于單兵腳部。利用單兵的步態(tài)特性,在腳步停止時采用零速校正算法來校正MIMU的定位誤差。引入零速校正算法雖然能夠有效抑制MIMU的導航誤差漂移,但當以速度誤差為觀測量時,航向誤差的不可觀測性將進一步導致單兵導航系統(tǒng)的跟蹤定位誤差。為提高單兵導航系統(tǒng)的跟蹤定位精度,解決航向誤差不可觀測引起的誤差漂移問題,可充分利用磁強計提供的航向信息,以磁航向作為姿態(tài)基準對導航參數(shù)進行修正。故本文采用一種基于多觀測量的誤差修正算法,在零速檢測的基礎(chǔ)上,該算法將MEMS加速度計、陀螺儀和磁強計的信息進行融合,增加誤差四元數(shù)觀測量,并利用卡爾曼濾波器估計導航參數(shù),以增強系統(tǒng)的可觀測性,提高單兵的跟蹤定位精度。在室內(nèi)等磁干擾環(huán)境中,需充分考慮磁擾動的影響,故磁強計無法作為姿態(tài)角的參考源。為提高系統(tǒng)觀測量的可信度,采用基于弱磁場檢測的改進導航算法對單兵進行導航定位,以減小單兵導航系統(tǒng)的跟蹤定位誤差。在弱磁場的條件下,磁場強度誤差和其變化率能夠反映系統(tǒng)的姿態(tài)角誤差和陀螺測量誤差,故可利用磁強計輸出的磁場強度作為系統(tǒng)觀測信息的參考源,以導航坐標系下的磁場強度誤差和載體坐標系下的磁場強度誤差變化率為觀測量,從而為單兵導航系統(tǒng)提供輔助信息,增強系統(tǒng)觀測量可信度,提高單兵導航功能系統(tǒng)定位精度。最后,利用荷蘭Xsens公司的MIMU進行現(xiàn)場試驗驗證算法的有效性。分別進行了室外和室內(nèi)試驗,并選取不同的運動路徑,以驗證算法的有效性和適用性。試驗結(jié)果證明在相應環(huán)境下,該算法能夠減小單兵的跟蹤定位誤差,抑制導航誤差漂移。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TJ5;TP212
【圖文】：

兵導航系統(tǒng)實現(xiàn)小型化、自主化提供了有利條件［＞５］。以ＭＥＭＳ傳感器為核心器件的的逡逑ＭＩＭＵ被逐漸應用到單兵導航系統(tǒng)中，從而吸引了國內(nèi)外眾多學者的關(guān)注與研究。單兵逡逑導航系統(tǒng)裝備圖如圖１．１所示。逡逑ｗ邐傳輸裝置逡逑Ｖ．邋｜逡逑邐邋ｇｐｓ邋接收機逡逑—一馨逡逑Ｗ逡逑Ｉ邋Ｌ＿逡逑圖１．１單兵導航系統(tǒng)裝備圖逡逑圖１．１中單兵系統(tǒng)的導航模塊主要是由腳部ＭＩＭＵ和肩膀上的ＧＰＳ接收機組成，逡逑依靠二者構(gòu)成的組合導航系統(tǒng)為單兵實現(xiàn)跟蹤定位功能。但由于ＧＰＳ對應用環(huán)境的嚴逡逑苛要求，該系統(tǒng)在某些特殊條件和環(huán)境下無法準確、連續(xù)和實時的對單兵進行導航定位。逡逑１逡逑

加速度計的產(chǎn)品。以ＡＤＩ、ＳＴＭ等公司為代表的半導體供應商，不斷致力于開發(fā)新型逡逑微機械加速度計。日前，ＳＴＭ已推出了高性能的３軸ＭＥＭＳ加速度計ＬＩＳ３４４ＡＨＨ，其逡逑產(chǎn)品具有高帶寬、低噪聲、高機械穩(wěn)定性的特點。如圖１．２所示。逡逑ＭＥＭＳ邋ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ逡逑參S緬義希蓿媯峰義賢跡保插澹蹋桑櫻常矗矗粒齲燃鈾俁燃棋義嫌捎誚撬俁炔飭吭肀認咚俁紉嘍愿叢櫻裕停牛停油勇菀塹鈉鴆獎齲停牛停蛹渝義纖俁燃埔懟Ｎ⒒低勇菀塹母拍鉅彩怯桑模潁幔穡澹蚴笛槭易釹忍岢�。１９９Ｒr輳翟攏檬靛義涎槭頁曬ρ兄瞥雋說諞惶ㄒ舨媸較噠穸勇菀�。２００４妮彫Ｄ}幔穡澹蚴笛槭以諭勇菀欠矯嬡″義系昧私劍兄瞥雋似平鑫希潁冢康耐勇菀牽郟保玻蕁＃校潁椋睿悖澹簦錚畬笱У難д咭捕裕停牛停油渝義下菘沽搜繡�，其开发的X雍舜毆艙褳勇蕕牧槊舳任

本文編號：2778089