基于步態(tài)建模的室內(nèi)慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)算法研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)中，由于衛(wèi)星信號(hào)的傳輸容易受到建筑物的遮擋，所以其對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的定位結(jié)果會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的偏差。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不依賴于外部信號(hào)源，工作環(huán)境不受約束，并且成本較低，能夠很好的解決這一問題，但是由于慣性元器件本身在使用過程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，并且這一誤差會(huì)在導(dǎo)航定位過程中不斷累積，從而嚴(yán)重影響導(dǎo)航定位結(jié)果。本文擬設(shè)計(jì)一種基于步態(tài)模型的室內(nèi)慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要

2、針對(duì)將慣性傳感設(shè)備佩戴在人體上半身的情況，試圖解決上述缺陷。
　　針對(duì)將傳感器佩戴在人體上半身時(shí)，ZUPT算法無法對(duì)水平方向速度進(jìn)行修正的情況，本文嘗試構(gòu)建不對(duì)稱倒立擺步態(tài)模型與融合零速修正的卡爾曼濾波算法相結(jié)合的系統(tǒng)框架。其主要通過步態(tài)模型對(duì)行走過程中的步長(zhǎng)信息進(jìn)行估計(jì)，結(jié)合陀螺儀數(shù)據(jù)計(jì)算得到的方向信息，實(shí)現(xiàn)基于行人的室內(nèi)定位導(dǎo)航。
　　為了分析該系統(tǒng)方案的整體性能，本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了理論誤差分析以及理論數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真，結(jié)果表

3、明，融合零速修正的卡爾曼濾波算法能夠較好的修正由加速度計(jì)和陀螺儀測(cè)量誤差引起的系統(tǒng)距離估計(jì)誤差，而對(duì)步態(tài)模型誤差引起的步長(zhǎng)估計(jì)誤差以及陀螺儀測(cè)量誤差引起的系統(tǒng)方向漂移誤差，其修正能力有限。
　　為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的定位精度，本文擬提出一種通過水平慣性數(shù)據(jù)修正步長(zhǎng)估計(jì)誤差的方案，其通過模擬人體行走過程中質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用豎直方向速度與水平方向速度的聯(lián)系來修正水平運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)，由水平方向速度計(jì)算得到水平方向位移信息，以此修正步態(tài)模

4、型估計(jì)步長(zhǎng)誤差。另外，本文通過引入啟發(fā)式方向漂移消除算法對(duì)系統(tǒng)方向誤差進(jìn)行修正，改善整個(gè)基于步態(tài)模型的室內(nèi)慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)的精度。通過多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的基于步態(tài)模型的室內(nèi)慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠滿足將慣性傳感設(shè)備佩戴于人體上半身情況下的高精度室內(nèi)定位。
　　本文設(shè)計(jì)的基于步態(tài)模型的室內(nèi)慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)，為基于將傳感設(shè)備佩戴于人體上半身情況下的導(dǎo)航定位研究提供了一種簡(jiǎn)單而有效的解決方案，如果能進(jìn)一步對(duì)該方案進(jìn)行改進(jìn)研究，其對(duì)日