MEMS室内定位关键技术研究

发布时间：2020-06-11 14:12

【摘要】：随着智能家居生活理念的提出,人们对室内复杂环境定位需求不断提升。由于全球定位系统(Global Position System,GPS)信号的传播会受到高楼和建筑材料的阻挡,信号接收效果差,无法进行有效的室内定位,此外现有室内定位技术大多都需要外部辅助设备,成本投入高,定位精度和覆盖范围受硬件条件的限制。因此,研究基于微机电系统(Micro-electromechanical Systems,MEMS)的室内定位技术具有重要意义。本文针对MEMS室内定位技术进行了深入的研究,首先介绍了MEMS室内定位的基本原理,分析了在定位解算过程中误差产生的原因,构建了误差模型。然后为了修正定位中存在的误差,得到更加精准的定位信息,设计了一种MEMS的室内定位算法,该算法包括零位误差修正算法、零速点检测误差修正算法和方位误差修正算法。其中零位误差修正算法对加速度计进行校准,从而减小由零偏引起的误差积累;零速点检测误差修正算法利用加速度计和陀螺仪输出值确定零速点,修正速度误差;方位误差修正算法利用磁力计测量载体的方位信息,对定位解算出的方位进行校正,提高了定位精度。最后通过MATLAB搭建仿真平台,对MEMS室内定位算法进行了仿真。仿真实验结果表明:零位误差修正算法有效地消除了加速度计的零偏,减小了定位过程中误差的积累;改进后的零速点检测误差修正算法,提高了零速点检测准确率,使位移误差得到了抑制;方位误差修正算法有效地校正了方向上存在的偏差,使定位信息更加准确。
【图文】：

定位系统,原理框图

MEMS 室内定位技术是以捷联惯性导航理论为基础，利用惯性测量元件测量载体的参数，经过导航解算计算出载体的位置信息。惯性测量组件主要包括加速度计和陀螺仪。在定位过程中，加速度计测量行走过程中的加速度，依据牛顿定律，对测量的加速度进行积分运算得出速度和位置信息。陀螺仪测量行走过程中的转动角速度，构建数字惯性平台，最终计算出行人的运动轨迹和位置信息。2.1 MEMS 室内定位的基本原理MEMS 室内定位是以捷联惯性导航原理为基础的定位技术。利用惯性测量元件，测量出目标物体在运动过程中的线加速度和角速度信息，，惯性测量元主要为：加速度计和陀螺仪等。在给定初始条件的情况下，由导航计算机计算出载体在运动过程中的姿态、航向、速度、位置等信息。导航解算主要是利用牛顿力学公式，通过对加速度测量值的二次积分得到载体位置信息。捷联式惯性导航，是一种自主式的导航方法，不需要额外的设备支持，同时在工作状态下也不会向外界辐射能量，不易受到外界条件的限制和干扰[32]。

太阳中心,惯性坐标系,基础理论研究

第 2 章 MEMS 室内定位的基础理论研究点，zs轴平行于地球的自转轴[33]。太阳中心黄道是'sox 轴和'sy 在黄道平面内，'sox 轴与 xs轴相互i 系）如图 2-3 所示，以地球中心为坐标的原点，xi、yi轴均在赤道平面内，其中 xi指向赤道面
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH-39

【参考文献】