本文關(guān)鍵詞：基于MEMS慣性傳感器的行人三維自主定位系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展,在眾多應(yīng)用中對行人位置信息的需求日益增加。目前大多數(shù)室外的行人導(dǎo)航定位技術(shù)主要依靠GPS,而在無GPS的環(huán)境中,只能通過昂貴的高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或在環(huán)境中提前布置輔助信標(biāo)裝置來實(shí)現(xiàn)行人的位置信息檢測,并且大多數(shù)定位技術(shù)只滿足了二維平面的定位,不能滿足在三維空間中的應(yīng)用。所以研究設(shè)計(jì)一種自主性強(qiáng)、無需額外的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施并可在三維復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)較高精度的行人步跡跟蹤的定位系統(tǒng)成為人們研究的熱點(diǎn)。MEMS慣性傳感器在近幾年開始大量應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域,體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜且自主檢測性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)使其受到研究人員的普遍關(guān)注。但與傳統(tǒng)的慣性傳感器相比,MEMS慣性傳感器又有精度較低、隨機(jī)誤差不穩(wěn)定和解算誤差較大的特性。因此,將MEMS慣性傳感器應(yīng)用于行人三維定位技術(shù)這一解決方案存在很大的發(fā)展空間,特別在對傳感器誤差的處理和解算過程的修正補(bǔ)償?shù)确矫孢�需進(jìn)一步研究和探索。本文圍繞低成本MEMS慣性傳感器設(shè)計(jì)了一種三維行人步跡跟蹤定位系統(tǒng)的方案。根據(jù)多個(gè)傳感器的特點(diǎn),采用基于梯度下降法的數(shù)據(jù)融合算法對行人步伐姿態(tài)進(jìn)行解算,有效解決了慣性傳感器姿態(tài)解算過程中產(chǎn)生的累積誤差對位置估算的影響。為提高系統(tǒng)最終的定位精度,本文對基于MEMS慣性傳感器的行人三維定位系統(tǒng)進(jìn)行了三個(gè)方面詳細(xì)的誤差分析,分別是積分誤差、航向誤差和高度誤差。利用多條件閾值判定算法提高步伐檢測的準(zhǔn)確率,通過零速修正算法對速度積分誤差補(bǔ)償修正;將磁力計(jì)和氣壓計(jì)與慣性測量單元數(shù)據(jù)融合,其中磁力計(jì)可對啟發(fā)式的航向估算算法進(jìn)行改進(jìn),從而可以實(shí)現(xiàn)不同步態(tài)下的行人航向角的估算;針對氣壓計(jì)長期數(shù)據(jù)漂移嚴(yán)重的情況,將慣性系統(tǒng)解算的高度差值與氣壓計(jì)觀測的高度差值進(jìn)行卡爾曼濾波對高度漂移進(jìn)行修正。最后本文對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了低成本樣機(jī)制作和算法編程。在半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)中對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測量誤差進(jìn)行了對比分析;對本文提出的三種誤差修正算法分別進(jìn)行了分析和評估;對整個(gè)系統(tǒng)在多種環(huán)境中的跟蹤精度做了實(shí)驗(yàn)和分析,驗(yàn)證了該系統(tǒng)方案可初步實(shí)現(xiàn)行人在三維中的自主跟蹤定位。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1258819