论文部分内容阅读
近年来,随着室内建筑越来越多的承载了人们的工作、生活、休闲等活动,人们对室内位置服务的需求也日益增长。与其他室内定位技术相比,惯性定位技术因具有自主性好、隐蔽安全等优点而得到广泛应用。但是,由于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）技术工艺的限制,MEMS惯性传感器的测量精度和可靠性较低,直接影响了惯性系统的定位精度和可靠性。本文针对传统人员惯性定位系统没有容错能力、航向精度低、气压计测高可靠性差这三个问题进行优化研究,旨在通过器件冗余技术提高系统的可靠性和定位精度。具体研究内容如下:首先,为了提高惯性系统的可靠性,本文采用6陀螺仪和6加速度计的冗余配置方案,使行人x轴、y轴、z轴三个方向的运动信息可以由3个传感器同时测量,该传感器冗余方案将惯性系统的可靠性指标（平均故障间隔时间）提高了1.85倍。然后,针对陀螺仪易敏感加速度冲击而产生漂移误差和系统航向误差随时间累积的问题,本文从两个方面对人员定位系统的航向进行优化:一是基于陀螺冗余方案,根据各陀螺仪敏感的加速度大小对陀螺仪数据进行加权融合,优化载体角速度;二是基于自适应互补滤波算法,利用加速度计/磁力计对陀螺仪解算的航向角进行修正,减少航向累积误差。实验证明,与传统人员惯性定位系统相比,本文提出的航向优化算法有效地减少了系统航向误差,并且将冗余系统的定位精度提高了1.57倍。最后,针对气压计测高可靠性差的问题,本文提出了一种基于冗余惯性传感器的高度定位算法,该算法利用冗余加速度计识别行人的上下楼姿态,然后辅助陀螺仪进行高度修正,减少高度误差的累积;最后通过高度信息融合,提高了系统的高度定位精度和可靠性。实验证明,加速度计识别行人上楼、下楼和平走姿态的准确率达到95.5%、96.4%、97.61%;本文提出的高度定位算法不易受温度、风速的影响,高度定位误差在h0/2以内（h0为建筑层高）,楼层定位准确率达到93.8%。