三维行人自主导航融合算法研究

发布时间：2017-10-05 20:25

  本文关键词：三维行人自主导航融合算法研究

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【摘要】：基于位置的服务软件能够准确且连续地对用户的位置进行跟踪,使人们的生活方式越来越方便。卫星定位由于建筑物的遮挡而在室内无法使用,Wi-Fi、ZigBee和射频等技术须借助外界信号发射设备实现定点定位,因此,基于多传感器的自主导航技术受到广泛关注。目前,较为成熟的行人自主导航技术因采用磁力计和气压计,使其定位精度和稳定性受磁环境干扰和气压变化的影响,基于此,通过对行人自主导航技术作进一步研究,首次提出仅采用加速度计和陀螺仪实现三维行人自主导航技术。本文首先对一个完整步态的加速度计数据进行特征分析,拆分为静止、抬脚、摆动和落脚四个部分。基于隐马尔可夫模型设计一种行人步态检测算法,识别每一步态周期中脚尖的静止状态和运动状态,通过状态的周期性确定行人步数。针对陀螺仪零偏引起的累积误差导致导航误差发散的现象,采用最小二乘法估计脚尖零速状态下的陀螺仪零偏,得到修正后的陀螺角速率。当惯性测量模块处于零速状态,利用加速度计值解算姿态角,再通过修正后的角速率更新脚尖运动过程中的航向和姿态角。结合本文提出的步长估计算法,复现出行人脚尖每个步态周期的运动轨迹。本文对传统的航迹推算算法进行改进实现三维航迹推算,通过行人每步的水平距离和相对高度,以及航向推算出行人的三维行走轨迹。利用MATLAB对提出的三维行人自主导航技术中的步态检测、航姿估计、步长估计和三维行人轨迹复现进行实验仿真。测试结果证明:所提出的三维行人自主导航融合算法可持续提供准确的行人位置信息,闭合路线中起点与终点的最大距离误差低于4%。
【关键词】：三维行人导航 隐马尔可夫模型 零速修正 步长估计 惯性测量模块
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 注释表11-12
• 第1章 引言12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究现状13-16
• 1.3 主要研究内容及论文结构安排16-18
• 第2章 三维行人自主导航系统基本理论18-27
• 2.1 行人自主导航传感器介绍18-19
• 2.1.1 加速度计18
• 2.1.2 陀螺仪18-19
• 2.1.3 磁力计19
• 2.1.4 气压计19
• 2.2 行人自主导航的基本理论19-25
• 2.2.1 常用坐标系介绍19-20
• 2.2.2 姿态角定义20-21
• 2.2.3 坐标系的转换21-22
• 2.2.4 基于加速度计与磁力计组合姿态解算原理22-23
• 2.2.5 基于陀螺四元数法姿态解算原理23-25
• 2.3 行人航迹推算原理25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 三维行人自主导航融合算法研究27-57
• 3.1 传感器数据的滤波处理27-28
• 3.2 步态检测算法28-40
• 3.2.1 行人脚尖的步态特征28-30
• 3.2.2 传统的步态检测算法30-32
• 3.2.3 基于隐马尔可夫模型的步态检测算法32-40
• 3.3 航姿估计算法40-46
• 3.3.1 利用最小二乘法修正陀螺仪零偏40-45
• 3.3.2 航向与姿态角估计45-46
• 3.4 步长估计算法46-53
• 3.4.1 基于经验模型的步长估计算法46-47
• 3.4.2 基于BP神经网络的步长估计算法47-49
• 3.4.3 自适应步长估计算法49-53
• 3.5 改进的行人航迹推算原理53-54
• 3.6 三维行人自主导航融合算法整体设计54-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第4章 实验测试与结果分析57-68
• 4.1 传感器数据采集57-59
• 4.2 算法测试与结果分析59-64
• 4.2.1 步态检测算法测试与分析59-60
• 4.2.2 航姿估计算法测试与分析60-62
• 4.2.3 行人步长估计算法测试与分析62-64
• 4.3 三维行人自主导航融合算法测试与结果分析64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第5章 总结与展望68-70
• 5.1 本文工作总结68-69
• 5.2 未来工作展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈兴秀;张金艺;晏理;刘江;周文强;;三维复杂运动模式航迹推算惯性导航室内定位[J];应用科学学报;2014年04期

2 张浩;任芊;;四旋翼飞行器航姿测量系统的数据融合方法[J];兵工自动化;2013年01期

3 李士心;王晓亮;翁海娜;孙学成;;基于灰色模型和RBF神经网络的MEMS陀螺温度补偿[J];中国惯性技术学报;2010年06期

4 宋丽君;秦永元;;MEMS加速度计的六位置测试法[J];测控技术;2009年07期

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本文编号：978658