基于IMU的行人惯性导航系统研究

发布时间：2023-03-21 20:20

　　基于位置的服务(Location Based Service,LBS)是为用户提供导航及其它增值业务的服务,如卫星导航、射频定位等,可以为用户提供比较精确的导航定位服务。但是,在一些特殊场合,例如室内、隧道、地下空间等,卫星或射频信号难以覆盖,个人导航与定位变得困难。基于惯性技术的行人导航系统,可利用用户自身携带的惯性传感器,提供自主导航与定位服务,具有自主性好、抗干扰能力强等优点,成为当前研究的热点。MEMS传感器具有体积小、重量轻、功耗低等优势,非常适合行人惯性导航应用。本文针对室内、隧道、地下空间个人导航的需求,研究惯性传感器数据采集、融合与分离,设计零速检测、航向修正、导航误差矫正等核心算法,开发了一套基于IMU的行人惯性导航系统。论文主要工作如下:(1)调研了国内外行人导航技术发展现状。对比分析了各项方案的特点、存在的问题及发展趋势,提出本论文的任务和主要研究内容。(2)研究了行人惯性导航的零速检测、航向修正、导航误差矫正等核心算法。对比了姿态更新算法的精度,抑制误差的方法。利用方向余弦矩阵更新算法计算航向角,基于步行航位算法计算距离,采用零速检测抑制距离误差,使用航向修正算...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
    1.3 行人惯性导航发展趋势
    1.4 论文的主要工作
    1.5 本章小结
2 行人惯性导航基础理论
    2.1 惯性导航基本原理
    2.2 惯性系
        2.2.1 地心惯性坐标系
        2.2.2 地心地固坐标系
        2.2.3 当地导航坐标系
        2.2.4 当地切平面坐标系
        2.2.5 载体坐标系
    2.3 姿态表示方法
        2.3.1 欧拉角姿态表示
        2.3.2 坐标转换矩阵
        2.3.3 四元素表示法
    2.4 姿态更新算法
        2.4.1 方向余弦矩阵姿态更新
        2.4.2 四元数姿态更新
        2.4.3 欧拉角姿态更新
        2.4.4 比力、速度、位置更新
    2.5 本章小结
3 算法及软件设计
    3.1 算法设计
        3.1.1 算法总体方案
        3.1.2 步行航位推算算法设计
        3.1.3 零速检测算法设计
        3.1.4 航向修正算法设计
        3.1.5 初始化
        3.1.6 姿态更新算法设计
    3.2 软件设计
        3.2.1 串口通讯
        3.2.2 WiFi通讯
    3.3 本章小结
4 硬件设计
    4.1 系统的总体设计方案
        4.1.1 IMU模块
        4.1.2 通讯模块
        4.1.3 电路设计
    4.2 系统调试
        4.2.1 电路测试
        4.2.2 软件测试
    4.3 本章小结
5 系统性能测试
    5.1 直线行走测试
    5.2 环形测试
    5.3 复杂路线
    5.4 误差分析
        5.4.1 IMU误差
        5.4.2 误差传播
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
    B.作者在攻读硕士学位期间申请的软件著作权
    C.作者在攻读硕士学位期间申请的专利



本文编号：3767232