基于MEMS行人慣性導航的零速度修正技術研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展及城市化的快速推進，高林密布的大樓和大而密封的室內環(huán)境越發(fā)增多。在傳統(tǒng)的GPS導航技術中，由于其信號在穿透建筑物后會被嚴重削弱，所以很難應用于室內導航與定位。然而，微機電系統(tǒng)(MEMS)的快速發(fā)展為這一問題帶來了解決方案，基于MEMS的慣性器件以其自身體積小、成本低、功耗低等特點在室內捷聯(lián)式慣性導航應用方面有了廣泛研究。但是，由于MEMS慣性器件本身存在漂移、噪聲等誤差，所以在將其應用于室內導航的過程時，如何消除誤差是較為

2、重要的難題。
　　本文將基于鞋綁式的捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)，擬研究行人在不同步態(tài)（正常步行、跑步）下，針對慣性器件自身的漂移誤差和運動過程中引入的噪聲誤差進行零速度修正研究。其原理是當行人以不同步態(tài)活動時，腳步與地面接觸過程中會存在一段理論上速度為零的時刻，而實際上并非為零，因此，通過檢測到腳步處于零速度時刻，就可預測到誤差值，然后進行剔除。零速度時刻檢測部分將分別依據(jù)慣性傳感器數(shù)據(jù)（加速度值與角速度值）和固定在正腳背上的超聲波模塊，

3、測量其與地面距離的數(shù)據(jù)。其中依據(jù)慣性傳感器數(shù)據(jù)的零速度檢測算法，采用一種基于加速度平方和、加速度平方和的方差和角速度值的多條件方法，而依據(jù)超聲波數(shù)據(jù)的零速度檢測算法是根據(jù)對雙足運動步態(tài)模型的分析，推出超聲波數(shù)據(jù)模型，再根據(jù)模型總結出檢測算法，從而找到零速度時刻?？紤]到超聲數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，使用局部加權回歸散點平滑法處理超聲波數(shù)據(jù)，使其整體能夠更加具體的顯示出運動模型的規(guī)律和趨勢，從而方便檢測。通過兩種零速度檢測方法檢測到零速度時刻后，再觸發(fā)

4、卡爾曼濾波進行誤差預測并更新速度、位置和姿態(tài)信息。
　　通過實驗，其結果驗證了零速度檢測算法的可行性，以及在不同步態(tài)下，基于慣性數(shù)據(jù)和基于超聲波數(shù)據(jù)進行零速度修正后得到的步數(shù)、單步步長、整體距離與實際情況相符。在步數(shù)方面，兩者均能100％檢測到;而單步步長與實際設定值的誤差也不大;在整體運動距離方面，兩者修正后在正常步行步態(tài)下得到了1％以內的距離誤差，而跑步則達到了2％以內的距離誤差。但其中，基于超聲波的零速度修正得到的結果要好于