专用终端伪卫星/足绑惯导/地标室内外混合定位研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zilianyy
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室内定位是室内外连续、高精度定位的难点。近年来,由于室内定位技术能够提供建筑物内位置信息,在大型复杂室内公共场所的安全监控、应急救援和大众位置服务等领域具备广阔的潜在商业应用前景,已经成为国际研究的热点。伪卫星定位、足绑惯性导航(Foot-Mounted Inertial Navigation,FMIN)以及专用终端伪卫星/足绑惯导/地标混合定位是实现室内外连续、高精度定位的有效解决手段。然而这些技术均存在一系列技术瓶颈,比如复杂室内环境伪卫星抗多径、非规则路径航向修正、行人运动模式识别以及多源混合定位机制等。研究伪卫星/足绑惯导/地标室内外混合定位方法,有助于提升室内外定位系统的连续性和定位精度,既能丰富和完善室内外多源混合定位方法与理论,又能为室内外多源混合定位提供技术支撑。本文以专用终端为载体,以人工智能方法和多源混合定位理论为基础,通过理论计算、仿真验证、测试平台搭建、实验及分析,系统研究了伪卫星信号电磁兼容、伪卫星信号室内特性、伪卫星室内定位、足绑惯导速度与航向修正以及室内外混合定位等,主要贡献如下:(1)对伪卫星、全球定位系统和北斗导航卫星系统导航信号兼容性进行分析,以此为基础完成了伪卫星导航信号脉冲占空比设计;多角度挖掘伪卫星室内信号观测量特性,构建基于伪卫星载波相位测量误差的适应度函数,提出基于遗传算法框架的伪卫星室内定位算法。通过与多普勒差分算法和遍历搜索算法定位结果对比发现,本文所提算法定位误差为0.714m,分别降低了71.26%和77.98%,具有更强的多径抑制能力;提出加权因子调节的室内伪卫星定位算法,实验结果表明能够有效降低伪卫星定位精度对发射天线状态的依赖程度。(2)构建足绑惯传感器y轴角速率幅度峰值与零速相位检测阀值的关系模型,提出一种严格的行人直线行走检测机制和一种可以工作在非规则直线路径(非相交90°或45°)上的航向约束方法,在此基础上提出增强“启发式”漂移消除技术(enhanced Heuristic Drift Elimation,e HDE),实验结果表明相较于“启发式”漂移消除(Heuristic Drift Elimation,HDE)及其改进算法,e HDE不仅能够提高不同行人行走步速变化下零速相位检测精度,而且在具有许多直线特征的非规则路径上有更强的航向约束能力。(3)负责搭建了行人多源混合定位测试平台,重点研制GNSS/伪卫星高精度定位模组,选用商业化惯性测量单元和微处理器搭建足绑惯导定位模组,使用智能手机作为多源混合定位算法开发平台。在GNSS/伪卫星高精度模组上实现室外高精度定位和室内伪卫星原始观测量输出,在足绑惯导定位模组中开发足绑惯性定位程序,在智能手机上进行伪卫星定位和多源混合定位算法开发。设计GNSS/伪卫星高精度定位模组、足绑惯导定位模组与智能手机间的数据交互协议,为伪卫星/足绑惯导/地标室内外混合定位研究提供专用测试平台。(4)建立地标辅助足绑惯导航向误差消除机制,提出足绑惯导辅助伪卫星载波相位观测量误差匹配定位方法,设计伪卫星/足绑惯导/地标室内外混合定位滤波模型。结果表明RTK/伪卫星/足绑惯导/地标组合方法定位精度最高,能够将足绑惯导的航向约束到非常接近真实航向上。从室外到室内走廊尽头约365米路径段上,足绑惯导方法定位误差为7.616米,而足绑惯导/地标组合方法定位误差仅为0.876米,减少了88.5%;在部署有伪卫星的室内区域,与足绑惯导比较,伪卫星/足绑惯导组合方法定位误差减少了56.6%。该论文有图103幅,表32个,参考文献196篇。
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