基于可佩带传感器的人员自主定位技术研究

【摘要】：人员自主定位系统是在卫星导航系统失效情况下的一种重要“补盲”手段,通过安装在鞋尖的惯性测量单元获取人体运动参数,实现对人运动轨迹的跟踪。但是惯性测量单元(IMU)存在漂移,导致在定位时会产生误差,而且误差会随时间不断积累,最终导致定位失效。本文基于Arduino平台开发设计人员自主定位系统,重点研究静止检测算法和漂移抑制算法,主要工作如下:1、基于Arduino开发平台,对人员自主定位系统进行设计,分析人体运动特点,对传感器进行选型,通过对系统进行重新设计与综合集成,实现轻小型与低功耗的设计目标,以满足可佩带的要求。2、分析了主流的静止检测算法的性能特点,指出其在实际应用中局限性,基于此提出了自适应的静止检测算法,检测门限随运动状态变化而自适应的改变,并通过实验验证了所提算法可适用于多种运动状态,能够满足实际应用的要求,有利于提高系统的稳定性。3、将惯性测量单元同时与磁力计和气压高度计进行融合,利用磁力计和气压高度计获得航向角和高度数据,将其与IMU解算的航向角和高度的差值作为观测误差,利用基于卡尔曼滤波的零速修正算法(Zero Velocity Update,ZUPT)对航向和高度漂移进行修正,并通过实验验证了该方法的有效性。4、在室内场景中,磁力计和气压高度计受到的干扰比较严重,不能用于误差修正。基于此提出启发式的高度漂移抑制算法,利用建筑物内楼梯和楼层高度的先验知识,对IMU解算高度进行修正;对启发式的航向漂移抑制算法进行改进,对室内场景下的航向误差进行修正,实验结果验证了算法的可行性。
【关键词】：人员自主定位 静止检测 零速修正算法 漂移抑制
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212;TN713