基于MEMS慣性傳感器的行人三維自主定位系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，在眾多應(yīng)用中對(duì)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(wú)GPS的環(huán)境中，只能通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)行人的位置信息檢測(cè)，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(wú)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

2、幾年開(kāi)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(cè)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(duì)傳感器誤差的處理和解算過(guò)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)

3、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(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的累積誤差對(duì)位置估算的影響。為提高系統(tǒng)最終的定位精度，本文對(duì)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(cè)的準(zhǔn)確率，通過(guò)零速修正算法對(duì)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(cè)量單元數(shù)據(jù)融合，其中磁力計(jì)可對(duì)啟發(fā)式的航向估算算法進(jìn)行