基于MEMS慣性測量技術的單兵導航系統(tǒng)的定位方法研究.pdf

1、單兵導航系統(tǒng)是為快速反應部隊、消防員、警察等單兵作戰(zhàn)人員在已知或未知環(huán)境下提供實時、精確、可靠定位信息的導航裝置，為單兵作戰(zhàn)人員提供重要技術保障，使其能夠順利完成任務。
　　現(xiàn)有的單兵導航系統(tǒng)普遍依靠GPS實現(xiàn)定位功能。然而GPS在室內、地下建筑物內、城市、峽谷等環(huán)境中極易發(fā)生信號缺失，從而導致其輸出的導航定位信息不可靠。另外，在一些特殊應用環(huán)境中，為了保證單兵作戰(zhàn)人員的自身安全，防止自身暴露，此時單兵導航系統(tǒng)不能使用向外界收發(fā)信

2、號的裝置，如GPS接收機、無線射頻等。因此，研究一種利用自包含傳感器實現(xiàn)的單兵自主導航系統(tǒng)十分必要。
　　根據(jù)慣性傳感器件不易受外界環(huán)境因素影響、工作時不依賴于任何外部信號、可以在封閉空間內使用的特點，本文設計了一種基于捷聯(lián)慣性導航(SINS)解算，利用微慣性測量單元（即MIMU，包含MEMS陀螺、MEMS加速度計、MEMS磁力計）搭建的單兵自主導航定位系統(tǒng)。我們將MIMU固定在單兵的一只鞋內，組成“導航鞋”?？紤]到正常人在步行時

3、每一只腳都存在步態(tài)靜止和運動兩種方式，當檢測到腳步觸地靜止時，將MIMU輸出的速度誤差輸入到基于“零速校正(ZUPT)”的“卡爾曼濾波誤差校正器”中，對MIMU傳感器測量和導航輸出進行誤差校正。
　　針對零速校正過程中MIMU步態(tài)識別不準確的問題，本文提出一種基于Neyman-Pearson(N-P)準則的步態(tài)識別方法，準確分析單兵步行時腳步運動特點，將經驗閾值分析問題轉化為模型化的數(shù)學問題，在N-P準則下利用極大似然估計方法解決

4、步態(tài)識別問題，實現(xiàn)對“導航鞋”中MIMU在多運動模式下的準確步態(tài)識別。
　　基于零速校正的導航系統(tǒng)具有遞歸性，在使用運動過程中零速校正卡爾曼濾波誤差協(xié)方差自始至終都在增長，靜止狀態(tài)時基于零速校正的誤差補償算法又使誤差協(xié)方差急劇下降，導致估計出得行走軌跡被突然的修正和間斷滯后。因此，為避免在消除單兵導航系統(tǒng)不對稱協(xié)方差時產生急劇修正現(xiàn)象，本文提出一種特殊的適用于基于零速校正的單兵導航系統(tǒng)分段RTS平滑算法，以避免在估計系統(tǒng)狀態(tài)時出現(xiàn)