行人惯性导航综合补偿方法研究

发布时间：2020-07-03 06:24

【摘要】：随着微机电(micro electromechanical system,MEMS)惯性传感器精度的逐步提高,基于MEMS惯性传感器实现高精度行人导航定位成为可能。此类系统具有成本低、易携带、抗干扰能力强的特点,可以应用于卫星信号受干扰严重的场合。然而由于惯性器件本身存在噪声,其造成的误差将会随时间不断累积。为此,常用零速更新方法对惯性行人导航中的累积误差进行校正。但由于这种方法一方面在静止相中仍会产生位移,另一方面缺少航向角观测,它并不能够有效降低累积误差。为此,本文主要针对行人惯性导航的误差补偿方法展开研究,主要工作和贡献如下:首先,针对传统零速更新位置信息观测弱,在静止相中不能使系统的位置输出保持静止,从而导致系统位置估计误差发散的问题,给出了一种静止区间位移检测法。该方法通过计算行人在同一静止相中相邻静止点间的位移,将其作为位置误差观测量对系统的位置误差进行估计。其次,针对传统零速更新由于航向角观测弱而导致系统航向发散的问题,本文给出了一种新的磁场干扰检测和航向角观测构建法。该方法通过磁场强度模值和比力磁场内积检测出外部磁场干扰,同时通过将磁场干扰检测法和直线检测法相结合,为系统的航向角的误差估计提供了更加精准的观测量。最后,本文对传统零速更新中的卡尔曼滤波器进行了改进,给出一种新颖的综合误差估计校正方法。该方法将位置误差、速度误差和姿态误差共同构成观测量并集成到一个卡尔曼滤波器当中,同时估计导航系统的位置、速度、姿态误差和传感器的偏置。最终将卡尔曼滤波器估计的导航误差反馈到惯性解算单元中,校正系统的位置、速度和姿态输出;将估计的传感器偏置反馈给惯性测量单元校正传感器输出。经过室外矩形、室内直线、室内矩形路线和室内楼梯等不同情景下的实验表明,本行人惯性导航系统在复杂环境中能够有效降低惯性导航系统的累积误差,实现高精度行人定位功能。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN96
【图文】：

速度误差,惯性导航,位置误差,导航器

行人惯性导航综合补偿方法研究第三章行人导航系统方案设计图 3-3为一次持续了 6.21s 的直线行走实验中惯性导航解算模块在静止相中的速度输出的模（左），也就是速度误差的模，以及由速度误差传播导致的位置误差（右图。可以看到在很短的时间内速度解算误差达到 20m/s，而其导致的位置误差更是达到 50km，导航器完全丧失了导航功能。因此有必要对导航器的速度误差进行补偿

模变,步态,加速度,行人

行人导航系统方案设计行人惯性导航综合补偿相。 ( ) =1, | ( ) | || < 0, 其他 ( ) = ( ,( )) + ( ,( )) + ( ,( ))（， ,( )、 ,( )、 ,( )分别表示时刻加速度计、、轴的测量值值区间的大小，考虑到人体肌肉的颤动，在实际应用中通常取加速度计两到三倍。 ( )表示加速度模值判断结果，当加速度输出的模与当地重差值在阈值区间内时，认为行人处在静止相，用 ( ) = 1表示；不在阈，认为行人处在摆动相，用 ( ) = 0表示。

【参考文献】