【摘要】：行人導(dǎo)航是指對單兵或者行人進(jìn)行導(dǎo)航定位的技術(shù)。為了提高由MEMS(Micro Electronic Mechanical System,MEMS)組件構(gòu)成的行人導(dǎo)航系統(tǒng)在多環(huán)境下工作的可靠性和導(dǎo)航定位精度,本文提出了一種基于自適應(yīng)抗差最小二乘參數(shù)估計(jì)的加速度計(jì)和磁力計(jì)標(biāo)定方法,利用容錯聯(lián)邦Kalman濾波算法融合捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)、GPS(Global Position System,GPS)、磁力計(jì)和氣壓高度計(jì)構(gòu)成行人導(dǎo)航系統(tǒng)。研究內(nèi)容主要包括:第一,針對行人導(dǎo)航技術(shù),充分調(diào)研行人導(dǎo)航系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,分別總結(jié)了行人導(dǎo)航系統(tǒng)中的MEMS傳感器,行人步態(tài)分析和零速檢測算法,步長估計(jì)和零速修正算法框架,根據(jù)研究現(xiàn)狀確定了基于MEMS組件以SINS為核心子系統(tǒng)融合其他傳感器的行人導(dǎo)航技術(shù)研究方案。第二,針對行人導(dǎo)航系統(tǒng)中的MEMS加速度計(jì)、MEMS陀螺儀、GPS和磁力計(jì)作簡要介紹,重點(diǎn)分析了加速度計(jì)和磁力計(jì)的誤差模型,提出了自適應(yīng)抗差最小二乘參數(shù)估計(jì)的標(biāo)定方法,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。第三,針對行人導(dǎo)航中的零速檢測問題,闡述了基于廣義似然比檢測的零速檢測方法,推導(dǎo)了該檢測方法的公式,引出了加速度滑動方差,加速度幅值和角速度能量等零速檢測方法,設(shè)計(jì)了基于SINS誤差傳播模型的零速修正算法,并通過行走實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和對比了上述零速檢測方法。第四,針對多傳感器構(gòu)成的行人導(dǎo)航系統(tǒng),介紹了SINS與其他傳感器組合的Kalman濾波模型,重點(diǎn)闡述了殘差檢測的故障檢測方法,設(shè)計(jì)結(jié)合故障檢測的容錯聯(lián)邦Kalman濾波算法。第五,為了檢驗(yàn)行人導(dǎo)航算法的可行性,分別對容錯聯(lián)邦Kalman濾波算法進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明該算法可以實(shí)現(xiàn)故障隔離和系統(tǒng)重構(gòu),提高了行人導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于MEMS組件的行人導(dǎo)航系統(tǒng)的定位誤差在3%以內(nèi)。
【圖文】：

能地將士兵納入信息化戰(zhàn)場[1]；而行人導(dǎo)航/定位系統(tǒng)則是在單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。念、新材料、新技術(shù)的支撐下，不少國家發(fā)展、研制了單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)一般由計(jì)算機(jī)/通訊子系統(tǒng)、綜合頭盔子系統(tǒng)、武其中最典型和成熟的如美國“陸地勇士”，它使得單兵作為，實(shí)現(xiàn)了單兵作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化和集成化[1][2]。除“陸地勇來步兵”、“重拳”、“裝備與通信一體化步兵”和 “未來士兵士”單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)經(jīng)過近十年的攻關(guān)亦取得了突破性進(jìn)展，但其是大型城市遭遇空中打擊之后，戰(zhàn)場環(huán)境變得更加復(fù)雜方向、速度以及位置信息，進(jìn)而輔助士兵在地面戰(zhàn)、巷戰(zhàn)命安全。此外，據(jù)公安部消防局統(tǒng)計(jì)，2005-2013 年，消防救援任務(wù)中共發(fā)生 70 起消防官兵傷亡事故，造成 85 人死亡現(xiàn)場中，消防官兵無法感知所處位置，一旦遇險，無法迅兵位置，不能及時有效地開展救援[4]。圖 1-1 為行人導(dǎo)航系

1.2.3.2 零速修正算法研究現(xiàn)狀針對無 GPS 輔助情況下 SINS 誤差隨時間累積問題，業(yè)內(nèi)提出了一種基于行人步行行為特征的零速修正方案。該方案將 MEMS-IMU 系于足部，行走過程中采集 MEMS 儀表信息并進(jìn)行導(dǎo)航解算，利用足部接觸地面時間段內(nèi)的零速信息對 SINS 導(dǎo)航定位信息進(jìn)行修正，以抑制誤差發(fā)散問題。將 MEMS 慣性器件固定于足部并利用足部觸地的零速信息進(jìn)行修正最早由 E. Foxlin 于 2005 年首次提出[9]。通過采集行走過程中行人的加速度和角速度數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)利用 PC 機(jī)處理原始數(shù)據(jù)得到行人運(yùn)動的軌跡和航向，并首次采用零速修正算法（ZeroVelocityUpdates，ZUPT）消除 SINS 誤差，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性。國內(nèi)針對該方案亦進(jìn)行了大量研究，如秦永元、嚴(yán)恭敏、高偉、張勇剛等。利用零速修正可以有效抑制誤差累積問題，但如何檢測零速是一個具有挑戰(zhàn)性的話題，業(yè)內(nèi)分別從數(shù)學(xué)與測量兩個角度探討了零速檢測方法。針對零速檢測，謝波、嚴(yán)恭敏等人提出了三條件判斷算法[25]，通過設(shè)定三條件的閾值（條件 1，加計(jì)輸出的幅值；條件 2：加速度的局部方差；條件 3：陀螺輸出的幅值）同時滿足則判斷零速時刻。北京理工大學(xué)的田曉春在此基礎(chǔ)加上角速度閾值法構(gòu)成四條件判斷法[34]，進(jìn)一步提高了零速檢測的準(zhǔn)確性。Skog等根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)理論建立廣義似然概率檢驗(yàn)?zāi)Ｐ�，，將零速檢測看成一個假設(shè)檢驗(yàn)問題，提出了一種極大似然檢測模型[35]。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN96

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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5 胡正群;張麗榮;;差分氣壓測高在室內(nèi)定位系統(tǒng)中應(yīng)用的性能分析[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2012年10期

6 錢偉行;朱欣華;蘇巖;;基于足部微慣性/地磁測量組件的個人導(dǎo)航方法[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報;2012年05期

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本文編號：2603595