采用微惯性传感器组合的可穿戴式人员定位技术研究

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人员定位,又称个人或行人定位,是指在确定参考坐标系下对目标提供空间位置信息的技术。在室外环境中,常见的卫星定位系统在偏远、遮挡等环境条件下因失去卫星信号而存在定位盲区;在室内环境中,常见的WIFI定位、蓝牙定位等定位技术,由于对现场环境依赖严重,极易受到干扰。目前,采用微惯性传感器组合的惯性定位技术是一种不依赖于外界环境条件,具有较强的抗干扰性和稳定性,可以全天候地实现自身位置信息获取。传统的惯性定位技术大多将导航单元固定在单一位置下进行定位,存在佩戴方式复杂、适应性差等局限,这在一定程度上限制了系统进一步提升性能的空间,降低了用户对可穿戴设备的体验。基于此,本文设计了定位终端多种佩戴模式下的人员定位技术。主要研究内容如下:1.介绍了采用微惯性传感器组合的定位理论,对本文采用的惯性定位系统算法结构和硬件结构进行了说明,同时对惯性定位技术的基本原理和关键技术进行了说明,并详细推导了行人航迹推算算法。2.分析了惯性传感器的常见误差来源,并采用六位置法、最小二乘法分别对三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪的安装误差和刻度系数进行修正,进而有效提高了惯性传感器数据精度,为后续人员定位算法提供了可靠的数据来源。3.结合人机工程学特征对MIMU佩戴模式进行分析,定义了MIMU分别佩戴在上衣口袋、右衣口袋、右前裤口袋、右后裤口袋等四种常见佩戴模式。结合朴素贝叶斯分类方法,选取三轴MEMS加速度计的合加速度时域特征值,设计了基于朴素贝叶斯的MIMU佩戴模式识别算法。经验证,所设计的识别算法能够有效的对MIMU佩戴模式进行识别,且识别精度高于96.61%。4.结合MIMU不同的佩戴模式,分别对行人航迹推算算法中的步态检测、步长估计、航向估计等关键参数进行改进。提出了波峰-双阈值计步、基于HDE-KF的航向最优估计等算法。经验证,MIMU在不同佩戴模式下,改进的PDR算法均可提供准确可靠的位置信息,最终得到综合定位误差小于0.49%,且达标率在85%以上。
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