基于MEMS慣性傳感器的室內(nèi)3D定位系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，以及人們對室內(nèi)定位服務(wù)的急切需求，一種具有自主導(dǎo)航、無需額外的基礎(chǔ)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可在復(fù)雜環(huán)境下工作等諸多優(yōu)點(diǎn)的室內(nèi)慣性定位系統(tǒng)成為人們研究的熱點(diǎn)。然而，目前大多數(shù)的室內(nèi)慣性定位系統(tǒng)采用的是商用MEMS慣性傳感器，其價(jià)格昂貴，且只能在二維空間內(nèi)定位，不適合推廣應(yīng)用。因此，本文研究一種基于低成本的MEMS慣性傳感器的室內(nèi)慣性3D定位系統(tǒng)。它不僅可以實(shí)現(xiàn)3D空間的定位功能，同時(shí)擴(kuò)展了室內(nèi)定位系統(tǒng)的使用范圍。
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2、文采用MEMS慣性傳感器MPU-9150和氣壓傳感器BMP-085作為定位系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)采集部分，意法半導(dǎo)體公司的STM32單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集單元，無線藍(lán)牙串口作為數(shù)據(jù)發(fā)射單元，由這些單元構(gòu)成了室內(nèi)慣性3D定位系統(tǒng)的硬件電路。首先，針對初始四元數(shù)的選取問題，采用加速度計(jì)和磁力計(jì)計(jì)算初始?xì)W拉角，并且利用歐拉角與四元數(shù)的關(guān)系，可以解決初始四元數(shù)的選取問題。其次，本文采用非同類并行多傳感器信息融合算法解算航向角和姿態(tài)角，同時(shí)利用加速度計(jì)配合陀

3、螺儀解算姿態(tài)角，提高了算法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。然后，針對單閾值姿態(tài)檢測算法的缺陷，采用雙閾值算法進(jìn)行姿態(tài)檢測，使姿態(tài)檢測的準(zhǔn)確率達(dá)到98％。同時(shí)為了降低步長計(jì)算的復(fù)雜度和減少積分漂移誤差，利用 ZUPT自適應(yīng)步長方法來計(jì)算實(shí)際行走的步長及運(yùn)動軌跡。最后，為了有效的抑制靜止時(shí)航向角漂移誤差，提出了一種航向漂移誤差的消除方法。實(shí)際的測試結(jié)果表明：姿態(tài)檢測的準(zhǔn)確率能達(dá)到98%；空間高度定位誤差在1m上下波動；直線行走的誤差占總的行走路程的10.