基于MEMS与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究

发布时间：2017-11-05 22:33

  本文关键词：基于MEMS与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究

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【摘要】：随着工业智能化的快速发展,惯性传感器件和智能手持设备的发展日新月异,人们对基于智能手持设备的室内环境位置服务的需求也越来越强烈。统计显示人们在室内所停留的时间占人所有活动时间的80%以上,人们迫切需要在室内环境下,特别是大型商场、超市以及娱乐场所等公共活动场合实现人员的定位及导航功能,以提高人们的生活质量。基于室内环境的位置服务有着广阔的发展空间和应用前景,也成为近年来国内外各科研机构研究的热点之一。本课题基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)惯性元件和智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法的研究,主要内容如下:(1)对目前发展迅速并且比较成熟的国内外室内定位方法进行了分析与比较,并对基于惯性传感器的室内定位技术的优缺点进行了深入详细的分析,提出了室内惯性导航定位有待解决的问题和主要研究方向。(2)对惯性导航系统的导航定位原理进行了分析,并对惯性导航系统常用的坐标系、相应的坐标系转换关系、姿态解算算法和位置解算算法进行了总结介绍。(3)针对行人的运动特点,本文提出了基于MEMS惯性传感器和手机电子罗盘结合的室内定位与导航算法,并对导航系统进行了设计,采用了手持手机和鞋绑式惯性传感器两种数据采样方式对行人运动数据进行采集,获取相对精确的行人脚步运动姿态数据和行人运动航向这两种重要的导航数据。(4)针对惯导系统导航解算中存在的累积误差问题,本课题首先对采样数据进行IIR滤波,滤除行人运动的振动噪声,然后加入了以加速度幅值、加速度方差和角速度能量为判断条件的零速度检测算法及修正算法来校正导航解算过程中的累积误差,获取较精确的导航位置信息。(5)针对惯导解算存在的行人运动航向漂移问题,本文提出了基于MEMS陀螺仪和手机电子罗盘相融合的行人航角获取算法,对行人的航向信息进行融合校正。对于手机电子罗盘易受周围环境磁场影响的问题,本文采用滑动均值滤波算法对手机电子罗盘的采集数据进行校正。(6)利用MATLAB软件对算法进行了仿真实验,验证了本文所提出的基于MEMS惯性传感器和手机电子罗盘相结合的室内定位与导航算法的导航精度与可行性。(7)搭建了基于MPU6050惯性传感器、蓝牙模块和Android智能手机的室内导航与定位系统硬件平台,在Android软件开发平台上编写了室内定位导航软件,对本文提出的导航算法的实时性和可行性进行了验证。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.53;TP212

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本文编号：1146209