【摘要】：導(dǎo)航是一個技術(shù)門類的總稱,它是監(jiān)測和引導(dǎo)人或機(jī)器等從一個位置移動到另一個位置的一種手段。不過基于GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的弱點(diǎn)也很明顯,其在城市樓宇、隧道、山林、地下建筑甚至一般建筑的室內(nèi)等區(qū)域內(nèi),衛(wèi)星的信號接收很差,這個時候以GPS為代表的有源導(dǎo)航就很難發(fā)揮出高效的導(dǎo)航作用。慣性導(dǎo)航有很多優(yōu)點(diǎn),比如它的自主性很好而且對于不理想的外界條件可以不被干擾,在比較復(fù)雜的導(dǎo)航環(huán)境中仍然能夠持續(xù)更新位置以及姿態(tài)等導(dǎo)航信息。而且近年來,基于MEMS的捷聯(lián)慣性技術(shù)有很大的突破進(jìn)展,與一般的慣性元器件相比,其體積小、成本低、可靠性強(qiáng)且便于集成,可應(yīng)用在行人自主導(dǎo)航研究。首先,基于慣性導(dǎo)航基本原理,完成慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)、姿態(tài)更新、導(dǎo)航解算設(shè)計。對于位置、速度、姿態(tài)都有詳細(xì)的推導(dǎo),并對模型進(jìn)行了誤差分析。其次,在導(dǎo)航解算過程中,由于MEMS器件的精度較低,傳感器存在漂移誤差,航解算結(jié)果存在累積誤差。本文采用零速修正算法對累積誤差進(jìn)行補(bǔ)償,零速修正可分為零速檢測與修正兩個部分。本文對于零速檢測進(jìn)行了深入研究,實(shí)現(xiàn)了基于隨機(jī)森林算法的多步態(tài)運(yùn)動情況下自適應(yīng)零速檢測;零速時刻的修正是基于傳統(tǒng)卡爾曼濾波的誤差估計,估算出這一時刻位置誤差、速度誤差、姿態(tài)角誤差的值,從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償,提高導(dǎo)航定位精度。最后,在行人自主導(dǎo)航算法中,由于天向陀螺漂移誤差較大,導(dǎo)航定位過程中航向角發(fā)散嚴(yán)重。所以在零速修正的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步設(shè)計實(shí)現(xiàn)在啟發(fā)式航向修正算法基礎(chǔ)上改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的基于主方向的航向修正算法,以此來提高航向估計的精度。在本次算法研究的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)行了該算法下導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析,通過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,在多步態(tài)運(yùn)動情況下,該系統(tǒng)誤差達(dá)到收斂狀態(tài),定位精度良好。
【圖文】：

1.1 課題背景與研究意義人類最初的導(dǎo)航只能依靠樹木、山脈、太陽、星辰等來判斷方位，后來中國四大發(fā)明之一的指南針問世，在人類導(dǎo)航歷史上具有里程碑式的意義；后來，四分儀、測繪儀、地球儀、航海圖逐漸用來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能，這些導(dǎo)航裝備可以提供了航向、航速，但是卻無法很好地完成定位功能。20 世紀(jì) 90 年代，隨著經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，美國投入完成部署全天候、高精度、具有全球極高覆蓋率的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，其高精度的定位能力極大方便了人們的出行[1]。除了美國的 GPS 系統(tǒng)，中國的北斗系統(tǒng)，俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展也極為迅速[2]。目前，基于已經(jīng)成熟的衛(wèi)星定位系統(tǒng)構(gòu)建了很多行人導(dǎo)航系統(tǒng)，可以滿足士兵作戰(zhàn)、抗災(zāi)救援、野外冒險及日常出行的方便。其中，在軍事領(lǐng)域的行人導(dǎo)航系統(tǒng)做的比較好，最為經(jīng)典的有：美國的“陸地勇士”系統(tǒng)、英國的“未來一體化士兵”技術(shù)、德國的“IDZ”系統(tǒng)、法國的“FELIN”系統(tǒng)[3]。我國的行人導(dǎo)航系統(tǒng)也有重大進(jìn)展，已經(jīng)研制成熟的有“龍族戰(zhàn)士”，其衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用的是我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖 1-2 微慣導(dǎo)元器件圖基于 MIMS 的行人微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一個重要的研究方向，該慣性導(dǎo)航系統(tǒng)首先由 MIMU 敏感腳步運(yùn)動狀態(tài)，在步行中獲得原始慣性數(shù)據(jù)，，一方面利用加速度和角速度實(shí)時計算速度、位置、姿態(tài)信息；另一方面利用零速度檢測及零速狀態(tài)下卡爾曼濾波實(shí)時進(jìn)行最優(yōu)誤差估計進(jìn)行狀態(tài)修正[7]。純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的缺陷也很明顯，由于慣性器件的漂移誤差以及原始檢測信號中的隨機(jī)噪聲及測量噪聲的引入，隨時間積累會越來越大，解決這一問題的方法有兩個方向：一個方向是將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與其他形式的定位系統(tǒng)進(jìn)行融合濾波處理來提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)融合的定位系統(tǒng)有地磁定位，其磁傳感器體積小、響應(yīng)速度快、重量輕、抗高過載；視覺定位，分地圖導(dǎo)航系統(tǒng)、地圖的生成型導(dǎo)航系統(tǒng)和無地圖的導(dǎo)航系統(tǒng)，其中光流法、基于部分特征的跟蹤或者外觀導(dǎo)航的方法是無地圖的導(dǎo)航系統(tǒng)主要的研究方向；無線通信定位方如：基于 ZigBee 的定位、藍(lán)牙定位、超寬帶(Ultra Wideband, UWB)定位，其工作原理主要是對信號的收發(fā)和傳輸進(jìn)行處理，結(jié)合對于定位算法實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航；
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)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9條

1 劉宇;江宏毅;王仕亮;王伊冰;陳燕蘋;;基于加速度時域特征的實(shí)時人體行為模式識別[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2015年02期

2 孫偉;李婉秋;初婧;李瑞豹;;基于誤差修正技術(shù)的井下人員MEMS定位方法[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2014年07期

3 徐海剛;吳亮華;楊軍;李海軍;姜述明;;單兵自主導(dǎo)航技術(shù)研究[J];導(dǎo)航定位與授時;2014年01期

4 劉敏;郎榮玲;曹永斌;;隨機(jī)森林中樹的數(shù)量[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2015年05期

5 張金亮;秦永元;梅春波;;基于MEMS慣性技術(shù)的鞋式個人導(dǎo)航系統(tǒng)[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報;2011年03期

6 方匡南;吳見彬;朱建平;謝邦昌;;隨機(jī)森林方法研究綜述[J];統(tǒng)計與信息論壇;2011年03期

7 周啟帆;張海;常艷紅;車歡;;基于MIMU的行人導(dǎo)航算法研究[J];系統(tǒng)仿真技術(shù);2010年04期

8 孫麗;秦永元;;捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)算法比較[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報;2006年03期

9 汪長傳 ,譚學(xué)平;地面戰(zhàn)場的“終結(jié)者”——未來單兵系統(tǒng)[J];國防科技;2005年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李辰祥;基于MEMS行人慣性導(dǎo)航的零速度修正技術(shù)研究[D];廈門大學(xué);2014年

本文編號：2677643