基于智能终端MEMS传感器的三维自主室内定位系统研究
发布时间：2022-07-27 16:57
近年来室内定位与导航受到了学术和工业领域的广泛研究,发展迅速。但是目前室内定位技术存在明显缺陷:需要提前布置大量辅助设备,成本高,实用性降低;亦或是建立的行人航迹推算（Pedestrian Dead Reckoning,PDR）算法中步长模型固定、步态模型单一,航迹二维显示,定位精度达不到实际使用效果。目前智能终端设备,以搭载Android、iOS操作系统的移动手机或平板电脑设备为代表,集成了加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计等体积小、功耗低、成本低的微机电（Micro-ElectroMechanical System,MEMS）传感器以及强大智能CPU、高速大容量内存,这为室内导航定位技术提供了成熟的软硬件平台。本文针对行人使用智能设备的不确定性,研究了行人定位系统的原理和系统架构,设计了一种行人多运动状态、设备多姿态的室内定位算法,从而有效解决了行人日常室内场景导航定位的问题。首先,针对智能手机上低成本MEMS传感器建立加速度计和磁力计的误差校准模型,通过仿真分析与实验验证,该误差校准模型有效地解决了低成本传感器的误差对行人定位系统的影响,为后续定位算法提供了基础。其次,提出了基于支...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 定位技术的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要内容和结构安排
1.4 本章小结
第2章 室内定位技术工作原理
2.1 常见室内定位技术综述
2.1.1 基于A-GPS的室内定位技术
2.1.2 基于无线通信的定位技术
2.1.3 基于MEMS传感器的惯性定位技术
2.2 惯性传感器测姿基本理论
2.2.1 常用坐标系介绍
2.2.2 载体的姿态表示
2.2.3 姿态矩阵及坐标转换
2.3 姿态融合算法原理
2.3.1 基于加速度计/磁力计组合姿态解算原理
2.3.2 基于陀螺仪的四元数法姿态解算原理
2.4 本章小结
第3章 Android终端相关传感器数据采集及预处理
3.1 Android内置传感器系统
3.1.1 手机传感器介绍
3.1.2 数据采集方式
3.2 传感器误差分析及校准
3.2.1 九位置标定法修正加速度计零偏
3.2.2 均值滤波修正陀螺仪零偏
3.2.3 磁力计误差补偿
3.3 传感器数据滤波处理
3.3.1 加速度数据滤波
3.3.2 陀螺数据滤波
3.4 本章小结
第4章 基于设备全姿态下的定位算法设计
4.1 定位算法的设计目标与总体架构
4.1.1 设计目标
4.1.2 算法的总体架构
4.2 多运动状态多姿态识别算法
4.2.1 数据预处理
4.2.2 参数寻优
4.2.3 分类器训练及性能评估
4.3 步态检测和步长估计算法
4.3.1 全姿态步态检测
4.3.2 步长估计算法
4.4 基于不同设备姿态的航向解算
4.4.1 基于扩展卡尔曼滤波的姿态融合算法
4.4.2 姿态切换下的航向修正
4.5 基于室内地图的虚拟地标匹配补偿法
4.6 高度值的获取
4.7 本章小结
第5章 Android应用程序设计及在线实验结果分析
5.1 Android系统的介绍
5.2 开发介绍
5.3 应用程序设计与实现
5.4 实验内容
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析当下移动互联网应用对电信行业发展趋势的影响[J]. 王玉玲. 通讯世界. 2017(24)
[2]Research and Development of Indoor Positioning[J]. Qi Liu,Jiahui Qiu,Yi Chen. 中国通信. 2016(S2)
[3]论混合式惯性导航系统[J]. 冯培德. 中国惯性技术学报. 2016(03)
[4]A-GPS辅助定位技术研究[J]. 张晨,明德祥,陈建云,杨俊. 计算机测量与控制. 2016(01)
[5]硅微陀螺正交误差校正方案优化[J]. 曹慧亮,王玉良,石云波,申冲,李宏生,刘俊,杨志才. 光学精密工程. 2016(01)
[6]基于Android的手机定位软件[J]. 冯玉平,王曙光. 计算机与现代化. 2015(02)
[7]基于惯性传感的人员行进动作识别方法[J]. 汪少初,刘昱,郝文飞,刘开华,路文平. 电子测量与仪器学报. 2014(06)
[8]用户行为感知辅助的室内行人定位[J]. 周宝定,李清泉,毛庆洲,张星. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(06)
[9]基于智能手机MARG传感器的行人导航算法[J]. 田增山,张媛. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2014(02)
[10]基于NSVM的核空间训练数据减少方法[J]. 王晓,刘小芳. 电子科技大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]无线传感器网络节点定位技术的研究[D]. 王艳晖.太原理工大学 2016
[2]三维行人自主导航融合算法研究[D]. 王伊冰.重庆邮电大学 2016
[3]基于SVM分类器的分步定位算法研究[D]. 吴迪.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3665831
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 定位技术的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要内容和结构安排
1.4 本章小结
第2章 室内定位技术工作原理
2.1 常见室内定位技术综述
2.1.1 基于A-GPS的室内定位技术
2.1.2 基于无线通信的定位技术
2.1.3 基于MEMS传感器的惯性定位技术
2.2 惯性传感器测姿基本理论
2.2.1 常用坐标系介绍
2.2.2 载体的姿态表示
2.2.3 姿态矩阵及坐标转换
2.3 姿态融合算法原理
2.3.1 基于加速度计/磁力计组合姿态解算原理
2.3.2 基于陀螺仪的四元数法姿态解算原理
2.4 本章小结
第3章 Android终端相关传感器数据采集及预处理
3.1 Android内置传感器系统
3.1.1 手机传感器介绍
3.1.2 数据采集方式
3.2 传感器误差分析及校准
3.2.1 九位置标定法修正加速度计零偏
3.2.2 均值滤波修正陀螺仪零偏
3.2.3 磁力计误差补偿
3.3 传感器数据滤波处理
3.3.1 加速度数据滤波
3.3.2 陀螺数据滤波
3.4 本章小结
第4章 基于设备全姿态下的定位算法设计
4.1 定位算法的设计目标与总体架构
4.1.1 设计目标
4.1.2 算法的总体架构
4.2 多运动状态多姿态识别算法
4.2.1 数据预处理
4.2.2 参数寻优
4.2.3 分类器训练及性能评估
4.3 步态检测和步长估计算法
4.3.1 全姿态步态检测
4.3.2 步长估计算法
4.4 基于不同设备姿态的航向解算
4.4.1 基于扩展卡尔曼滤波的姿态融合算法
4.4.2 姿态切换下的航向修正
4.5 基于室内地图的虚拟地标匹配补偿法
4.6 高度值的获取
4.7 本章小结
第5章 Android应用程序设计及在线实验结果分析
5.1 Android系统的介绍
5.2 开发介绍
5.3 应用程序设计与实现
5.4 实验内容
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析当下移动互联网应用对电信行业发展趋势的影响[J]. 王玉玲. 通讯世界. 2017(24)
[2]Research and Development of Indoor Positioning[J]. Qi Liu,Jiahui Qiu,Yi Chen. 中国通信. 2016(S2)
[3]论混合式惯性导航系统[J]. 冯培德. 中国惯性技术学报. 2016(03)
[4]A-GPS辅助定位技术研究[J]. 张晨,明德祥,陈建云,杨俊. 计算机测量与控制. 2016(01)
[5]硅微陀螺正交误差校正方案优化[J]. 曹慧亮,王玉良,石云波,申冲,李宏生,刘俊,杨志才. 光学精密工程. 2016(01)
[6]基于Android的手机定位软件[J]. 冯玉平,王曙光. 计算机与现代化. 2015(02)
[7]基于惯性传感的人员行进动作识别方法[J]. 汪少初,刘昱,郝文飞,刘开华,路文平. 电子测量与仪器学报. 2014(06)
[8]用户行为感知辅助的室内行人定位[J]. 周宝定,李清泉,毛庆洲,张星. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(06)
[9]基于智能手机MARG传感器的行人导航算法[J]. 田增山,张媛. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2014(02)
[10]基于NSVM的核空间训练数据减少方法[J]. 王晓,刘小芳. 电子科技大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]无线传感器网络节点定位技术的研究[D]. 王艳晖.太原理工大学 2016
[2]三维行人自主导航融合算法研究[D]. 王伊冰.重庆邮电大学 2016
[3]基于SVM分类器的分步定位算法研究[D]. 吴迪.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3665831
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