【摘要】：微機(jī)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(jìn)一步促進(jìn)了單兵導(dǎo)航系統(tǒng)(Pedestrian Navigation System,PNS)的發(fā)展。目前,基于MEMS的單兵導(dǎo)航系統(tǒng)已逐漸成為研究熱點�，F(xiàn)有的單兵導(dǎo)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(zhǔn)確連續(xù)的定位服務(wù)。此外,基于地圖匹配、攝像機(jī)、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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航誤差漂移,但當(dāng)以速度誤差為觀測量時,航向誤差的不可觀測性將進(jìn)一步導(dǎo)致單兵導(dǎo)航系統(tǒng)的跟蹤定位誤差。為提高單兵導(dǎo)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(qiáng)計提供的航向信息,以磁航向作為姿態(tài)基準(zhǔn)對導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)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(qiáng)計的信息進(jìn)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(dǎo)航參數(shù),以增強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)導(dǎo)航算法對單兵進(jìn)行導(dǎo)航定位,以減小單兵導(dǎo)航系統(tǒng)的跟蹤定位誤差。在弱磁場的條件下,磁場強(qiáng)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(qiáng)計輸出的磁場強(qiáng)度作為系統(tǒng)觀測信息的參考源,以導(dǎo)航坐標(biāo)系下的磁場強(qiáng)度誤差和載體坐標(biāo)系下的磁場強(qiáng)度誤差變化率為觀測量,從而為單兵導(dǎo)航系統(tǒng)提供輔助信息,增強(qiáng)系統(tǒng)觀測量可信度,提高單兵導(dǎo)航功能系統(tǒng)定位精度。最后,利用荷蘭Xsens公司的MIMU進(jìn)行現(xiàn)場試驗驗證算法的有效性。分別進(jìn)行了室外和室內(nèi)試驗,并選取不同的運(yùn)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(yīng)環(huán)境下,該算法能夠減小單兵的跟蹤定位誤差,抑制導(dǎo)航誤差漂移。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TJ5;TP212
【圖文】：

兵導(dǎo)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(yīng)用到單兵導(dǎo)航系統(tǒng)中，從而吸引了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注與研究。單兵逡逑導(dǎo)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(jī)逡逑—一馨逡逑Ｗ逡逑Ｉ邋Ｌ＿逡逑圖１．１單兵導(dǎo)航系統(tǒng)裝備圖逡逑圖１．１中單兵系統(tǒng)的導(dǎo)航模塊主要是由腳部ＭＩＭＵ和肩膀上的ＧＰＳ接收機(jī)組成，逡逑依靠二者構(gòu)成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)為單兵實現(xiàn)跟蹤定位功能。但由于ＧＰＳ對應(yīng)用環(huán)境的嚴(yán)逡逑苛要求，該系統(tǒng)在某些特殊條件和環(huán)境下無法準(zhǔn)確、連續(xù)和實時的對單兵進(jìn)行導(dǎo)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(dǎo)體供應(yīng)商，不斷致力于開發(fā)新型逡逑微機(jī)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(jī)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(rèn)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�？的陀螺覡苦P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