无辅助信标的改进双足绑式惯性行人定位方法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linmao820521
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惯性行人定位是一种自主定位技术,利用惯性器件为行人提供定位信息,在火灾现场、反恐突击等环境中应用广泛,能够解决全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在信号存在遮挡环境下失锁带来的定位精度差的问题。微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)体积小、功耗低,易集成,并且能够实现完全自主的定位功能,因此基于MIMU的行人定位方法成为研究趋势。基于MIMU的行人定位系统的由于加工工艺的限制和解算方法的问题,定位误差会随时间不断累积,不能满足长时间定位的需求,因此通常将MIMU固定于行人足部,充分利用行人运动时足部的特性校正误差,其中,零速校正(Zero Velocity Update,ZUPT)算法是目前最常用的有效校正足绑式惯性行人定位系统误差的方法,但该方法仍然不能对位置误差和航向误差进行观测,同时,ZUPT方法仅能在足部静止时刻校正行人定位误差,其他区间的运动信息并没有被有效利用,因此研究能够完备的观测所有定位信息的方法意义重大。针对以上问题,本文提出了无辅助信标的改进双足绑式惯性行人定位方法。为了解决ZUPT算法无法观测位置信息的问题,本文提出了基于步态特征的多观测量误差修正方法。本文利用行人运动中角速度的变化特性对行人步态的四种运动状态的划分,根据行人运动特性,结合站立末期的位置误差,利用卡尔曼滤波对惯性器件的累积误差进行抑制,该方法与ZUPT方法结合,达到利用多种观测量修正误差的目的;增加位置误差作为观测量,达到更好的误差修正效果,同时利用了有效信息,避免信息浪费。为了解决ZUPT算法无法观测航向信息的问题,本文提出了基于自适应不等式约束的双MIMU行人定位方法。本文采用两个MIMU,利用行人运动过程中双足间存在最大步长的特性,建立双足之间的约束关系,并对约束信息进行自适应解算,实时更新,达到对位置和航向进行校正的目的。在行人运动过程中,两个MIMU系统分别进行各自的解算过程,又互相约束,仅使用两个惯性测量单元,不需要其他信标提供辅助信息,在提高定位精度的同时保证了定位系统的全自主性。最后,本文搭建双足绑式惯性行人定位试验平台,利用荷兰Xsens公司的MTi-G710型MIMU进行实测试验,对本文提出的方法进行评估。在试验过程中,设计不同路径不同速度的行人定位试验,采集实测数据,并对数据进行处理,对仿真结果进行分析,试验结果表明本文提出的方法能降低定位误差,并具有一定的有效性和稳定性。
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