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误差累积是影响惯性导航系统精度的棘手问题。在导航解算过程中,惯性器件微小的误差都会以三次方的形式迅速积累。由于惯性器件误差的多样性与复杂度,无法准确的对误差进行一次性建模与处理;同时,现有的误差修正技术存在稳定性差、修正后位置航向精度不高等问题,导致现有的惯性导航器件依然无法被广泛的应用于室内定位。围绕惯性导航系统误差积累的问题,本论文推导了惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)的速度、位置与姿态公式,分析了惯性导航误差,并对误差进行了修正。结合超宽带(Ultra Wide Band,UWB)定位特点与已知地图信息,提出了一种基于UWB/MEMS-INS与电子地图的室内定位系统。定位系统采用分区设计:在UWB视距区域,采用扩展卡尔曼滤波器对UWB/MEMS-INS进行组合;在UWB非视距区域,构建了基于条件随机场的室内地图匹配算法模型,实现了室内三维定位。本文研究的内容主要包含之下几点:1.惯性误差分析与抑制:分析总结了惯性导航系统存在的主要误差。并根据这些误差的不同特性,设计了相应的误差修正算法。采用陀螺测漂技术和零速修正技术对误差进行初步的修正,并对误差修正算法进行验证,证明了算法的有效性。2.基于UWB/MEMS-INS的室内定位系统设计:结合不同的室内环境,提出了一种基于UWB/MEMS-INS的室内定位系统(Indoor Navigation Based on UWB/MEMS-INS)。首先,分析室内地图,并确定基站摆放的位置与视距区域;其次,研究了一种基于分区的超宽带信号有效性判断方法,并确定了视距区域系统的设计方案:利用扩展卡尔曼滤波器对二者的信息进行融合;实验结果表明了组合导航系统很好的拟合了行人的轨迹,并且系统可以很好地进行不同区域的转换。3.基于条件随机场的二维地图匹配算法:UWB非视距区域内,为了提高惯性导航系统的定位精度,设计了基于条件随机场的地图匹配算法。首先,根据电子地图设计状态点,状态点应均匀的分布在室内区域;其次,采用阈值法提取二维位置观测点,结合观测点位置信息与相应的状态点位置信息建立特征方程;然后,将特征方程代入条件随机场模型,并求解行人最大概率的位置点;最后,根据实测数据对算法进行验证,实验结果证明基于条件随机场的地图匹配算法具有很强的适用性和稳定性。4.基于条件随机场的三维地图匹配算法:UWB非视距区域内,高度信息发散严重。为了实现高精度室内三维定位,提出一种基于条件随机场的三维地图匹配方法。首先,根据台阶信息设计高度状态点,使得每个台阶都有其对应的状态点;其次,利用零速检测算法提取高度观测点,并对高度进行匹配;然后,获取匹配后的高度、二维位置信息,通过两者时间的远近进行位置信息融合;最后,将算法模型应用于室内三维导航系统之中,实验结果表明基于条件随机场的三维地图匹配算法很好的估计了行人行走的三维路径。