基于协同导航机理的微惯性行人定位系统研究与实现

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随着导航定位功能在智能移动终端中的普及和基于位置服务LBS (Location-Based Service)的蓬勃发展,人们对定位的精度和连续性提出了更高的要求。基于卫星导航技术的行人定位方法趋于成熟,取得了良好的效果。然而,在城市环境中,由于人们使用定位服务的场景通常是室内,卫星定位系统受到信号遮挡、干扰等因素的影响,定位的精度比较差甚至无法定位。为解决该问题,必须借助其它定位技术以获得可靠稳定的导航定位结果。基于惯性辅助的行人导航定位系统,以其自主式导航、不需要额外设施的优点,受到了工程与学术界的广泛关注和集中研究。本课题围绕卫星信号微弱或缺失情况下的行人自主导航定位问题展开研究。为了满足行人定位的实际需求,本文将从单人定位和多人定位两个方面出发。重点研究基于微惯性器件的行人导航系统,以实现单人精确定位。在此基础上,通过结合协同导航技术,实现多人导航定位的功能。论文首先对捷联式惯性导航系统的工作原理进行了研究,以微惯性器件构建了单人定位系统。为克服由于惯性器件长时间漂移所带来的定位误差,将零速修正技术应用于捷联惯性导航系统。在行人步态分析的基础上,研究了一种多条件辨识零速的零速检测算法,并构建了以速度误差为观测的卡尔曼滤波器。为了验证该方法,设计了多组导航定位实验,实验结果表明基于卡尔曼滤波算法的零速修正技术能有效提高捷联式惯性导航系统的定位精度。为了满足特定环境下多人定位的需求,论文对基于协同导航机理的多人定位系统展开了研究。本文将基于RSSI的测距定位技术引入导航系统,辅助惯性导航系统进行多人协同导航定位。为了提高定位精度,对基于测距定位的多人协同导航算法进行了研究。在完成多人协同导航定位的理论方法研究后,本文设计并实现了多人定位系统的原理样机,在此基础上进一步通过导航实验评估了多人定位系统的精度等性能指标。实验结果表明,本文设计的行人定位系统可以实现多人在复杂环境下的协同导航定位功能,具有一定的工程应用价值。
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