使用MEMS慣性測量單元和拓?fù)涞貓D的室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、室內(nèi)定位與導(dǎo)航潛藏著巨大的社會功能和經(jīng)濟(jì)效益，鑒于GNSS導(dǎo)航在室內(nèi)環(huán)境中存在嚴(yán)重的信號衰減和多徑問題，使用慣性測量單元進(jìn)行不依賴于外部環(huán)境的自主定位與導(dǎo)航技術(shù)成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　本文即使用MEMS慣性測量單元裝配在行人腳部進(jìn)行行走動(dòng)作的測量，并作航位推算，然后結(jié)合行人所在室內(nèi)的拓?fù)涞貓D估計(jì)其在室內(nèi)的位置和航跡。具體而言，本文在研究和構(gòu)建完整的基于MEMS慣性測量單元的室內(nèi)定位與導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)中完成如下工作：
　　首先

2、，本文針對室內(nèi)定位與導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)?、?shí)時(shí)性和成本等各方面的需求，對導(dǎo)航系統(tǒng)平臺的架構(gòu)和整體工作流程做了設(shè)計(jì)，并針對其中所涉及的MEMS慣性測量傳感器精度級別較低的特點(diǎn)進(jìn)行了誤差分析，在對慣性測量傳感器的誤差分析中，將其測量誤差源分為確定性偏差與隨機(jī)噪聲兩類，提出了一個(gè)綜合性的校準(zhǔn)方案。
　　其次，傳統(tǒng)的行人航位推算方法基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器和對行人腳步站姿的檢測方法從而得到最優(yōu)估計(jì)的行人航跡。但這一方法并未考慮慣性測量傳感器的確定性

3、偏差，使得推算航跡偏離實(shí)際航跡較大。本文所提出的最優(yōu)航跡推算方案加入了對傳感器確定性偏差的校準(zhǔn)，通過建立一個(gè)綜合性的誤差模型，將計(jì)算得到的確定性校準(zhǔn)系數(shù)以及Allan方差作為參數(shù)用于卡爾曼濾波器中，同時(shí)對兩類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，根據(jù)所使用的傳感器，以實(shí)際行走總距離為基準(zhǔn)，新的方案使得最終航跡推算的位置精度相比傳統(tǒng)方法提高了30％左右。
　　然后，本文根據(jù)行人航位推算結(jié)果使用基于粒子濾波的地圖匹配算法估計(jì)行人在室內(nèi)的位置與航跡。這一地圖匹

4、配算法需要利用到室內(nèi)地圖中門、房間、走廊等結(jié)構(gòu)信息及其空間關(guān)系，本文采用一種容差性的方案提取所需建筑結(jié)構(gòu)并構(gòu)建室內(nèi)拓?fù)涞貓D。不同于已有室內(nèi)地圖拓?fù)浠桨钢袑⒆呃茸鳛槁窂剑呃戎泄拯c(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本文在提取出室內(nèi)門、房間、走廊等空間結(jié)構(gòu)后，將可以通行的空間作為路徑以及將門作為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)拓?fù)涞貓D的構(gòu)建，一方面可以使用可通行空間的輪廓作為路徑約束，用于地圖匹配所使用粒子濾波算法的重要性采樣中，另一方面將房間也納入到可通行空間中，更