多信息融合室内外无缝个人定位导航系统实现研究

发布时间：2017-05-22 20:25

  本文关键词：多信息融合室内外无缝个人定位导航系统实现研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：个人定位导航技术作为近些年导航技术发展的主要领域,逐渐被重视和研究。近些年来,基于卫星定位技术的个人定位方法趋于成熟,取得了良好的效果。但是由于卫星导航易受到环境干扰而影响导航定位性能,因此基于多传感器辅助的个人无缝定位技术成为未来主要研究趋势。论文以低成本传感器为主要信息来源,进行室内外个人无缝定位方法的研究和实现工作。论文首先设计了搭载低成本MEMS传感器的微机电传感器模块,利用该模块输出及光学式运动捕捉系统的输出分别进行了人体足部运动的基本分析,确定了人体运动过程中足部零速阶段的存在,以此为基础实现了基于零速修正技术的纯惯性个人定位方法,为后续个人无缝定位研究奠定了前提基础。为了提高室内无GPS情况下的个人定位可靠性,改善纯惯性个人定位中出现的航向角发散问题,论文研究实现了基于蜂窝网格粒子滤波的航向角修正方法和基于视觉辅助的航向角修正方法,通过实验验证了两种方法的有效性,并进行了对比。为了提高室外环境下的个人定位导航精度,论文将GPS和磁传感器引入系统,辅助惯导进行个人定位。多传感器数据通过卡尔曼滤波器进行融合,以获得最佳的定位精度。分析结果表明,室外等信号条件良好的情况下利用GPS和地磁辅助的方式可以有效提高个人导航定位精度。分别完成室内外的个人定位方法研究后,论文给出了个人无缝定位策略,并基于该策略使用VC环境搭建了个人无缝定位导航软件平台。该软件平台为个人无缝定位的研究提供了基本实验平台,具有较好的工程参考价值。
【关键词】：个人导航 无缝定位 粒子滤波 惯性导航 视觉匹配 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96;P228.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景及意义13
• 1.2 个人定位技术国内外发展现状13-17
• 1.2.1 国外个人定位技术概述14-16
• 1.2.2 国内个人定位技术概述16-17
• 1.3 个人定位技术的关键问题17-18
• 1.4 论文研究内容及结构18-20
• 第二章 数据采集平台设计及个人惯性定位技术研究20-37
• 2.1 引言20
• 2.2 数据采集平台设计研究20-25
• 2.2.1 微机电模块框架设计21-22
• 2.2.2 惯性传感器MPU-6050 电路设计22-23
• 2.2.3 磁传感器HMC-5883 电路设计23
• 2.2.4 气压传感器BMP-180 电路设计23-24
• 2.2.5 微机电模块数据采集流程设计24-25
• 2.3 人体足部运动分析研究25-30
• 2.3.1 基于运动捕捉系统的人体足部运动分析25-28
• 2.3.2 基于惯性器件输出的人体足部运动分析28-30
• 2.4 基于零速修正的个人惯性定位导航算法研究30-35
• 2.4.1 惯性个人定位算法框架构建30-32
• 2.4.2 惯性传感器在线标定原理解析32
• 2.4.3 个人惯性定位实验分析32-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 室内惯性个人定位航向角误差抑制方法研究37-59
• 3.1 引言37
• 3.2 基于蜂窝网格粒子滤波的个人定位航向角修正方法研究37-44
• 3.2.1 粒子滤波原理解析37-39
• 3.2.2 基于蜂窝网格粒子滤波的个人定位算法框架设计39-40
• 3.2.3 蜂窝网格粒子滤波算法研究40-42
• 3.2.4 蜂窝网格粒子滤波实现研究42-43
• 3.2.5 蜂窝网格粒子滤波实验验证43-44
• 3.3 基于图像特征匹配的视觉姿态计算方法研究44-52
• 3.3.1 坐标系建立分析44-46
• 3.3.2 摄像机成像模型及坐标转换研究46-47
• 3.3.3 图像匹配原理研究47-48
• 3.3.4 图像匹配姿态解算实验验证48-52
• 3.4 基于视觉辅助的个人定位算法研究52-58
• 3.4.1 视觉辅助惯性的坐标系转换关系52-53
• 3.4.2 视觉辅助个人定位的策略研究53-54
• 3.4.3 视觉辅助个人定位的实验验证54-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 基于GPS/地磁辅助的室外个人定位技术研究59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 卡尔曼滤波原理59-60
• 4.3 惯导/磁传感器组合个人定位方法60-66
• 4.3.1 磁传感器误差标定与补偿方法研究60-62
• 4.3.2 磁航向辅助个人定位算法研究62-64
• 4.3.3 磁航向辅助个人定位实验验证64-66
• 4.4 惯导/磁传感器/GPS组合个人定位方法研究66-70
• 4.4.1 GPS信号分析及可用性研究67-68
• 4.4.2 GPS辅助个人定位原理研究68
• 4.4.3 GPS辅助个人定位实验68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 个人无缝定位软件系统平台实现研究71-81
• 5.1 引言71
• 5.2 个人无缝定位算法结构设计71-73
• 5.3 个人无缝定位软件平台设计73-76
• 5.3.1 软件平台框架及设计需求73-74
• 5.3.2 数据接收部分设计74-75
• 5.3.3 数据解析部分设计75
• 5.3.4 数据存储与显示部分设计75-76
• 5.4 个人移动无缝定位系统实验验证76-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-84
• 6.1 本文工作总结81-82
• 6.2 进一步工作展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文89

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