基于微惯性技术的行人协同导航与故障检测方法研究
发布时间：2021-03-26 18:20
行人导航在导航定位领域中占据重要地位。近些年来,基于卫星定位技术的行人导航方法较为成熟,取得了良好的效果。由于卫星导航系统的信号容易受到干扰与屏蔽,在城市、丛林、矿区的部分区域以及室内环境中其定位精度将明显降低,甚至无法正常工作。为了解决该问题,必须借助其它导航方法以获得稳定可靠的定位信息。基于微惯性技术的行人导航系统,凭借其自主性强、适用范围广的特点,受到了国内外学者的广泛关注和研究。本文将微惯性传感器作为主要信息来源,对行人协同导航方法进行了研究。在此基础上,结合故障检测方法,提高了行人协同导航系统的可靠性。本文对捷联惯性导航系统的工作原理进行了研究,探讨了行人导航方法。结合行人步态相位分析,研究了一种多条件辨识零速的零速检测方法,建立了以速度误差为观测量的卡尔曼滤波器。在此基础上,研究了一种基于权值分配的行人协同导航方法。通过实验验证,基于卡尔曼滤波的零速修正技术能够有效实现导航定位功能,行人协同导航算法则有效地提高了定位精度。为了满足在复杂电磁环境下行人的定位需求,本文研究了一种基于信息双向融合的协同导航方法。该方法利用行人导航系统与移动机器人导航系统误差特性不同的特点,构建信...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
行人步态周期
第３章基于权值分配的行人协同导航方法???ｌｉ?ＪｉＪ??ｌｌｗｌ?Ｆｏｏｔ?Ｓｉｄ－?Ｐｕｓ？ｈ?Ｔｏｅ??ｓｔｒｉｋ？ｆ?ｆｌａｔ?ｓｔａｎｃｅ?ｏｆｆ?ｏｆｆ??阁３－１行人步态周期??为了验证行人足部运动的周期性，将微惯性传感器绑在脚背上，以正常步行??度行走，通过采集的陀螺和加速度计数据进行验证分析，实验过程中部分数据??下：??－．??
辨识到零速状态时，系统将根据计算结果重新修正姿态矩阵，更新计算得到新的??姿态角信息，并估计行人当前的位置和速度。卡尔曼滤波器将估计的误差反馈到??惯性导航解算模块，并输出经过修正后的导航结果。具体算￥流程如图３－４所示：??｜修＿ｄ＿：后的导航参数?；??Ｈ微￣ｙ导航解算＿卜航ｉ数输．??——Ｉ检测为非静止??误?零速检测???莘Ｉ?１．厂Ｉ??检测为静｜丨：??——Ｉ?抒航误差??—卡尔曼滤波???图３－４卡尔曼滤波算法流程图??３．２．３卡尔曼滤波器仿真及分析??仿真实验条件设定：微惯性传感器置于行人足部进行数据采集。行人在行走??前首先进行初始对准，初始对准时间为５０ｓ。初始对准分为粗对准和精对准，主??要为了让惯性导航系统使用的坐标系与导航坐标系重合，并使惯性导航系统得到??正式工作前的一些必要参数，如初始速度、初始位置和初始姿态等。在初始对准??５０ｓ后，行人以正常步态前进，沿一个闭合的矩形路线行走，数据采集时间总咬??为２５０ｓ，通过行走路径可以得到导航参数。图３－５和图３－６分别为加速度计和陀??螺仪输出的原始数据。??七一?２｜?＿?＇?；?＇?＇??？＿２０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??層；－２－?１＿＿＿１１丨＿＿｜｜１丨１｜｜｜＿丨｜丨１＿＿｜??＾?＾?＿４０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??＋－?５｜?１?■?１?＇?＇??ＩＪ?〇■??■§?Ｎ?Ｉ?．?．?．
【参考文献】：
期刊论文
[1]四阶龙格—库塔法的原理及其应用[J]. 冯建强,孙诗一. 数学学习与研究. 2017(17)
[2]水下惯性导航零速修正技术研究[J]. 余伟. 科技广场. 2017(04)
[3]惯性导航技术浅析[J]. 董进武. 仪表技术. 2017(01)
[4]机载北斗/GPS/SINS组合导航系统软硬件设计[J]. 王锦,刘鹏,尹川,连强强. 计算机测量与控制. 2016(03)
[5]基于惯性传感器MPU6050的滤波算法研究[J]. 傅忠云,朱海霞,孙金秋,刘文波. 压电与声光. 2015(05)
[6]基于经验小波变换的机械故障诊断方法研究[J]. 李志农,朱明,褚福磊,肖尧先. 仪器仪表学报. 2014(11)
[7]多AUV协同导航问题的研究现状与进展[J]. 徐博,白金磊,郝燕玲,高伟,刘亚龙. 自动化学报. 2015(03)
[8]基于WPS/GPS/MIMU组合的无缝定位技术研究[J]. 史岩,朱涛,傅军. 计算机测量与控制. 2014(10)
[9]基于误差修正技术的井下人员MEMS定位方法[J]. 孙伟,李婉秋,初婧,李瑞豹. 传感技术学报. 2014(07)
[10]基于导航信息双向融合的行人/移动机器人协同导航方法[J]. 钱伟行,彭晨,田恩刚,李荣冰. 中国惯性技术学报. 2014(01)
博士论文
[1]对偶四元数导航算法与非线性高斯滤波研究[D]. 武元新.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]多信息融合室内外无缝个人定位导航系统实现研究[D]. 万骏炜.南京航空航天大学 2015
[2]基于MEMS行人惯性导航的零速度修正技术研究[D]. 李辰祥.厦门大学 2014
[3]基于微惯性传感器的姿态算法研究[D]. 丁君.上海交通大学 2013
[4]高精度捷联式惯性导航系统校准与补偿方法研究[D]. 李明月.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3102034
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
行人步态周期
第３章基于权值分配的行人协同导航方法???ｌｉ?ＪｉＪ??ｌｌｗｌ?Ｆｏｏｔ?Ｓｉｄ－?Ｐｕｓ？ｈ?Ｔｏｅ??ｓｔｒｉｋ？ｆ?ｆｌａｔ?ｓｔａｎｃｅ?ｏｆｆ?ｏｆｆ??阁３－１行人步态周期??为了验证行人足部运动的周期性，将微惯性传感器绑在脚背上，以正常步行??度行走，通过采集的陀螺和加速度计数据进行验证分析，实验过程中部分数据??下：??－．??
辨识到零速状态时，系统将根据计算结果重新修正姿态矩阵，更新计算得到新的??姿态角信息，并估计行人当前的位置和速度。卡尔曼滤波器将估计的误差反馈到??惯性导航解算模块，并输出经过修正后的导航结果。具体算￥流程如图３－４所示：??｜修＿ｄ＿：后的导航参数?；??Ｈ微￣ｙ导航解算＿卜航ｉ数输．??——Ｉ检测为非静止??误?零速检测???莘Ｉ?１．厂Ｉ??检测为静｜丨：??——Ｉ?抒航误差??—卡尔曼滤波???图３－４卡尔曼滤波算法流程图??３．２．３卡尔曼滤波器仿真及分析??仿真实验条件设定：微惯性传感器置于行人足部进行数据采集。行人在行走??前首先进行初始对准，初始对准时间为５０ｓ。初始对准分为粗对准和精对准，主??要为了让惯性导航系统使用的坐标系与导航坐标系重合，并使惯性导航系统得到??正式工作前的一些必要参数，如初始速度、初始位置和初始姿态等。在初始对准??５０ｓ后，行人以正常步态前进，沿一个闭合的矩形路线行走，数据采集时间总咬??为２５０ｓ，通过行走路径可以得到导航参数。图３－５和图３－６分别为加速度计和陀??螺仪输出的原始数据。??七一?２｜?＿?＇?；?＇?＇??？＿２０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??層；－２－?１＿＿＿１１丨＿＿｜｜１丨１｜｜｜＿丨｜丨１＿＿｜??＾?＾?＿４０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??＋－?５｜?１?■?１?＇?＇??ＩＪ?〇■??■§?Ｎ?Ｉ?．?．?．
【参考文献】：
期刊论文
[1]四阶龙格—库塔法的原理及其应用[J]. 冯建强,孙诗一. 数学学习与研究. 2017(17)
[2]水下惯性导航零速修正技术研究[J]. 余伟. 科技广场. 2017(04)
[3]惯性导航技术浅析[J]. 董进武. 仪表技术. 2017(01)
[4]机载北斗/GPS/SINS组合导航系统软硬件设计[J]. 王锦,刘鹏,尹川,连强强. 计算机测量与控制. 2016(03)
[5]基于惯性传感器MPU6050的滤波算法研究[J]. 傅忠云,朱海霞,孙金秋,刘文波. 压电与声光. 2015(05)
[6]基于经验小波变换的机械故障诊断方法研究[J]. 李志农,朱明,褚福磊,肖尧先. 仪器仪表学报. 2014(11)
[7]多AUV协同导航问题的研究现状与进展[J]. 徐博,白金磊,郝燕玲,高伟,刘亚龙. 自动化学报. 2015(03)
[8]基于WPS/GPS/MIMU组合的无缝定位技术研究[J]. 史岩,朱涛,傅军. 计算机测量与控制. 2014(10)
[9]基于误差修正技术的井下人员MEMS定位方法[J]. 孙伟,李婉秋,初婧,李瑞豹. 传感技术学报. 2014(07)
[10]基于导航信息双向融合的行人/移动机器人协同导航方法[J]. 钱伟行,彭晨,田恩刚,李荣冰. 中国惯性技术学报. 2014(01)
博士论文
[1]对偶四元数导航算法与非线性高斯滤波研究[D]. 武元新.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]多信息融合室内外无缝个人定位导航系统实现研究[D]. 万骏炜.南京航空航天大学 2015
[2]基于MEMS行人惯性导航的零速度修正技术研究[D]. 李辰祥.厦门大学 2014
[3]基于微惯性传感器的姿态算法研究[D]. 丁君.上海交通大学 2013
[4]高精度捷联式惯性导航系统校准与补偿方法研究[D]. 李明月.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3102034
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