基于地图信息的陀螺仪偏差估计方法研究

发布时间：2020-06-10 05:17

【摘要】：伴随着移动互联网的井喷式发展,基于位置的服务在质量以及数量上都呈现爆发性增长,因此对于定位的需求也在不断扩大。目前最为主流的定位方式是卫星定位,对于室内或者一些极端环境就显得无能为力。捷联式惯性导航定位系统作为卫星定位的补充被提出,它通过佩戴在行人身上的惯性传感器采集数据,即可获得行人的位置信息。捷联式惯性导航最为重要的两个问题是:航向估计和步长估计,对于步长估计目前广泛使用的方法是通过零速检测算法检测到脚着地时刻,并且使用卡尔曼滤波器对位置,速度进行更新。然而,在航向校正上一直没有很好的解决办法,可以说航向漂移问题是限制捷联式惯性导航定位精度进一步提升的关键问题。针对陀螺仪误差漂移随着时间不断累积这一问题,本文设计了一种基于地图信息的陀螺仪误差估计方法。通过分析室内地图中对于航向有着较强约束性的区域,从中提取出可用于陀螺仪误差估计以及航向修正的观测量信息,分别通过卡尔曼滤波器以及四元数方法建立模型用以估计陀螺仪的误差。通过卡尔曼滤波器建立当前欧拉角与角速度偏差量之间的递推关系,结合地图以及零速检测信息,即可得到当前陀螺仪误差的估计值。而基于四元数的陀螺仪误差估计方法通过建立当前输出与陀螺仪偏差以及观测值值三者之间的函数关系,当获取到观测量之后可以反推出陀螺仪的偏差。实验结果表明本文所设计的陀螺仪误差估计方法,能够动态的检测陀螺仪的零速漂移,并且对陀螺仪进行自校正。估计出噪声后对定位精度有着显著的提升,在行走总步长为311.89米的仿真实验中,相比于噪声的路径,总误差降低81.37%,平均误差降低81.41%。本文所提出的陀螺仪误差估计方法仅需要分析当前的运动状态以及真实位置的航向角信息,不需要通过实验室环境中设置转台等额外的辅助手段,因此具有较大的实际意义,在灾害救援、反恐行动、商场导航以及一些其他的日常室内定位场景中具有较好的应用前景。
【图文】：

３．２．１逦零速检测算法逡逑零速检测算法通常依靠通过对惯性传感器的输出值取特征值，并且当特征值逡逑符合预设的一些条件，则认为当前时刻为零速时刻。逡逑１．加速度的平方和逡逑当行人处于站立阶段时，由于只收到重力的作用，加速度的模等于重力加速逡逑度，，考虑到噪声的存在，设置一定的误差范围，因此条件一可以描述为：逡逑Ｋ｜＝＼ｌａｈｋ｛ｘｆ邋＋ａｔ｛ｙｆ邋＋ａｈｋ｛ｚ）２逦（３－ｉ）逡逑ｃ邋＝｜ｉ逦（３２）逡逑［０邋ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ逡逑２．角速度平方和的方差逡逑在站立阶段，加速度的变化相对会比较平缓，因此检测加速度平方和的方差逡逑

Ｋｋ＝Ｐｋ：Ｈｌ［ＨｋＰ；ＨＴｋ＋Ｒｋｙ逦（３－２０）逡逑在行人惯性导航中通过图３－邋２过程不断递推，即可获得每个时刻的位置、逡逑速度与航向角信息。逡逑２５逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN96

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 尹剑;陈红;杨萌;黄皓;;捷联姿态计算中方向余弦与四元数法分析比较[J];四川兵工学报;2015年09期

2 许昕;何杰;王文;卜继军;;微机械陀螺仪的新进展及发展趋势[J];压电与声光;2014年04期

本文编号：2705833