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卫星导航定位系统被广泛应用于车辆地面导航以及航空航天等领域。但是在室内或建筑物密集区,卫星信号由于受到墙体遮挡衰弱比较严重,导致卫星导航定位存在较大盲区。基于微惯导人员自主定位技术由于不需要预先在建筑物内部安装设施且无需外部信息即可实现自主定位,已成为室内定位领域的研究热点。针对目前微惯导室内定位技术中存在的定位误差累积和陀螺仪航向漂移等关键技术问题,本文重点研究了自适应零速检测方法、陀螺仪航向漂移修正算法、磁力计校准方法等,主要的工作和成果总结如下:
1、研究了多传感器融合的自适应零速检测算法。针对典型固定门限零速检测算法在变步态模式下检测率低的问题,提出了一种基于多传感器融合的自适应零速检测算法。首先,融合加速度计、陀螺仪和压力传感器三者的信息,利用Neyman Pearson准则推导出给定虚警概率下的最优零速检测器。其次,分析了运动模式与角速度之间的关系,提出了一种自适应调整检测门限的方法,并依此建立了角速度与最优检测门限之间的关系函数。最后,分析了在楼梯运动模式下高度漂移的问题,提出了一种楼梯运动识别方法,并建立了楼梯运动模式下的自适应门限函数。实验结果验证了所提检测方法的有效性。
2、研究了双足惯性定位系统航向修正方法。典型的双足惯性定位系统航向修正方法是基于双脚最大距离或者最小距离约束修正,因此当两个定位系统的陀螺漂移特性相同时该方法无法修正航向误差。为解决这一问题,提出了一种基于建筑物先验知识的双足惯性定位系统航向修正方法。首先,基于建筑物结构特点提出一种单足定位系统的航向修正方法,根据所提约束条件检测直线行走状态,利用建筑物参考方向修正两个定位系统各自的航向误差。在此基础上,提出基于双脚最大距离约束和最大航向差约束的双足定位系统航向修正方法,对不满足直线约束的运动状态下的航向误差进行修正,较好地抑制了定位系统的航向漂移误差。
3、研究了微惯导定位系统中磁力计的校准方法。传统的磁力计校准方法均为自由空间校准,而本课题研究的微惯导定位系统安装在鞋内,定位系统装载的磁力计经自由空间校准后安装在鞋内又会受到额外的干扰,而这些干扰无法通过传统的磁力计校准方法补偿。针对该问题,本文提出一种磁力计在线校准方法,在自由空间校准的基础上,通过分析人体运动模型将磁力计的校准问题由三轴校准转化为双轴校准。该方法很好地消除了鞋体对磁力计的干扰,并大幅简化了校准程序,提高了磁力计测量精度。
4、研究了基于磁场准静态检测的航向修正方法。在室内环境下,地磁场受到的干扰比较严重,若直接将其用于修正陀螺仪航向漂移,则会引入更多的误差。针对该问题,本文提出了一种磁场准静态检测的方法,通过结合磁场幅度、地磁倾角、磁场解算航向与陀螺仪航向的差值三个参数的变化率,在Neyman Pearson准则下推导出一种磁场准静态检测器。利用所提磁场准静态检测方法检测出的有效磁场,将其解算航向作为零速更新辅助的扩展卡尔曼滤波模型的观测量,对陀螺仪航向误差进行修正。
1、研究了多传感器融合的自适应零速检测算法。针对典型固定门限零速检测算法在变步态模式下检测率低的问题,提出了一种基于多传感器融合的自适应零速检测算法。首先,融合加速度计、陀螺仪和压力传感器三者的信息,利用Neyman Pearson准则推导出给定虚警概率下的最优零速检测器。其次,分析了运动模式与角速度之间的关系,提出了一种自适应调整检测门限的方法,并依此建立了角速度与最优检测门限之间的关系函数。最后,分析了在楼梯运动模式下高度漂移的问题,提出了一种楼梯运动识别方法,并建立了楼梯运动模式下的自适应门限函数。实验结果验证了所提检测方法的有效性。
2、研究了双足惯性定位系统航向修正方法。典型的双足惯性定位系统航向修正方法是基于双脚最大距离或者最小距离约束修正,因此当两个定位系统的陀螺漂移特性相同时该方法无法修正航向误差。为解决这一问题,提出了一种基于建筑物先验知识的双足惯性定位系统航向修正方法。首先,基于建筑物结构特点提出一种单足定位系统的航向修正方法,根据所提约束条件检测直线行走状态,利用建筑物参考方向修正两个定位系统各自的航向误差。在此基础上,提出基于双脚最大距离约束和最大航向差约束的双足定位系统航向修正方法,对不满足直线约束的运动状态下的航向误差进行修正,较好地抑制了定位系统的航向漂移误差。
3、研究了微惯导定位系统中磁力计的校准方法。传统的磁力计校准方法均为自由空间校准,而本课题研究的微惯导定位系统安装在鞋内,定位系统装载的磁力计经自由空间校准后安装在鞋内又会受到额外的干扰,而这些干扰无法通过传统的磁力计校准方法补偿。针对该问题,本文提出一种磁力计在线校准方法,在自由空间校准的基础上,通过分析人体运动模型将磁力计的校准问题由三轴校准转化为双轴校准。该方法很好地消除了鞋体对磁力计的干扰,并大幅简化了校准程序,提高了磁力计测量精度。
4、研究了基于磁场准静态检测的航向修正方法。在室内环境下,地磁场受到的干扰比较严重,若直接将其用于修正陀螺仪航向漂移,则会引入更多的误差。针对该问题,本文提出了一种磁场准静态检测的方法,通过结合磁场幅度、地磁倾角、磁场解算航向与陀螺仪航向的差值三个参数的变化率,在Neyman Pearson准则下推导出一种磁场准静态检测器。利用所提磁场准静态检测方法检测出的有效磁场,将其解算航向作为零速更新辅助的扩展卡尔曼滤波模型的观测量,对陀螺仪航向误差进行修正。