便攜式移動(dòng)電子設(shè)備的步行者航位推算技術(shù)研究.pdf

1、便攜式移動(dòng)電子設(shè)備的快速發(fā)展,給人們的生活帶來(lái)了很大的改變,其中智能手機(jī)和平板電腦已經(jīng)成為日常生活中必不可少的工具。為了有更加新穎的應(yīng)用和更絢麗的視覺(jué)效果,智能手機(jī)和平板電腦中集成了多種微傳感器,如三軸MEMS加速度計(jì)、三軸MEMS陀螺儀和MEMS磁力計(jì)等。
　　本文依據(jù)UESTC-NOKIA國(guó)際合作項(xiàng)目,旨在研究一種基于MEMS慣性傳感器的適用于移動(dòng)電子設(shè)備的新型而有趣的步行者導(dǎo)航方式。
　　因?yàn)槌杀究刂?便攜式移動(dòng)電子設(shè)

2、備中使用的MEMS慣性傳感器有精度偏低、隨機(jī)誤差較大等缺點(diǎn)。針對(duì)這些缺點(diǎn),本文對(duì)使用的LIS344ALH加速度傳感器和Ex3500A4962A陀螺儀建立了誤差模型;使用“六位置法”標(biāo)定了加速度傳感器和陀螺儀的靜態(tài)誤差;針對(duì)隨機(jī)誤差設(shè)計(jì)了低通濾波器和狀態(tài)擴(kuò)增卡爾曼濾波器,有效地抑制了傳感器信號(hào)的漂移,提高了航位推算的精度。
　　慣性測(cè)量單元被捆綁于步行者的腰部,其中三軸MEMS加速度計(jì)用于測(cè)量的步行者的加速度,MEMS陀螺儀用于測(cè)量

3、步行者轉(zhuǎn)向時(shí)的角速率。通過(guò)對(duì)步行者一次邁步周期內(nèi)的動(dòng)力學(xué)模型的分析,提取特征量判別步行者的邁步步態(tài)信息:邁步起至點(diǎn)、站立階段、邁步階段,進(jìn)而估計(jì)步行者的步頻、步數(shù)和步長(zhǎng);利用加速度計(jì)信號(hào)通過(guò)姿態(tài)算法可間接推算步行者的姿態(tài)角。通過(guò)角速率可直接計(jì)算步行者的姿態(tài)矩陣和姿態(tài)角。采用互補(bǔ)濾波算法融合兩種算法得到的姿態(tài)角,提高了姿態(tài)角的計(jì)算精度,有效地降低了計(jì)算姿態(tài)角所產(chǎn)生的累積誤差對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響,使之更適用于低精度慣性傳感器。最后通過(guò)航位推算原

4、理,合成步行者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　最后本文對(duì)整個(gè)系統(tǒng)在Linux系統(tǒng)中進(jìn)行了算法編程。為驗(yàn)證步行者航位推算系統(tǒng)的精度和對(duì)個(gè)體差異的適應(yīng)性,在室內(nèi)環(huán)境中以普通人的正常行走速度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)步長(zhǎng)估計(jì)算法和姿態(tài)更新算法的精度做了對(duì)比分析和評(píng)估;并將試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際參考數(shù)據(jù)軌跡作對(duì)比,分析了步行者航位推算算法的準(zhǔn)確性和可行性,且該系統(tǒng)可以滿足消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)性的需求。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果和數(shù)據(jù)分析,本文還提出了一些改進(jìn)意