隨著科技的發(fā)展,人們對于定位導航有了更細致更具體的要求,室內定位技術能夠滿足人們室內導航、消防救援的需求。慣性導航技術作為一種不依賴外界信號、成本較低的室內定位技術受到人們的關注。然而傳統(tǒng)的腳綁式慣性導航技術存在誤差累積速度過快、軌跡容易發(fā)散的問題,無法滿足定位需求。為有效改善行人自主慣性導航技術的可靠性和有效性,論文在深入分析慣性導航系統(tǒng)誤差二次發(fā)散問題的基礎上,設計了一種新的行人自主定位算法,將加權時間約束引入腳步檢測環(huán)節(jié),將航向匹配引入航位推算環(huán)節(jié),并利用卷積神經網(wǎng)絡完成了步長估計。論文的主要研究內容包括以下幾個部分:1.在利用垂向加速度進行腳步檢測的過程中,針對傳統(tǒng)峰值檢測算法剔除偽峰值過程中存在的問題,論文引入了加權動態(tài)時間約束,輔以加速度差約束以及波峰對稱性約束,有效提高了峰值檢測的準確性。論文同時還利用低通濾波器進一步降低了加速度中的高頻噪聲干擾。2.傳統(tǒng)步長估計算法存在的參數(shù)難以確定、參數(shù)與步長間的函數(shù)關系難以探尋、公式中超參數(shù)的數(shù)值難以測定的問題,論文將卷積神經網(wǎng)絡用于步長估計環(huán)節(jié),通過訓練神經網(wǎng)絡學習傳感器數(shù)據(jù)中的步長特征,提高了步長估計的可靠性和魯棒性。因沒有合適... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

慣性導航系統(tǒng)示意圖

則設計了一種端到端的深層神經網(wǎng)絡，直接由慣性傳感器的原始數(shù)據(jù)訓練出行人當前的位置信息。然而這種深層神經網(wǎng)絡的可復現(xiàn)性比較差，可移植性也不強，同時由于采集數(shù)據(jù)與訓練數(shù)據(jù)用的是同型號的傳感器模塊，對于不同類型的傳感器模塊來講，通用性有所欠缺。文獻[36]使用神經網(wǎng)絡識別出行人的運動狀態(tài)，對不同運動狀態(tài)使用不同的導航算法，實現(xiàn)較為準確的定位。使用行人航位推算算法能夠避免積分算法中誤差的二次積分問題，將誤差的累積形式轉化為線性。行人航位推算算法主要由三部分構成，腳步檢測、步長估計與航向推算。圖1-2是航位推算系統(tǒng)的簡單示意圖。圖1-2航位推算示意圖傳統(tǒng)腳步檢測算法中存在偽腳步問題[37]；步長估計算法則存在參數(shù)難以確定、參數(shù)與步長間的函數(shù)關系難以探尋、公式中超參數(shù)的數(shù)值難以測定的問題；在航向推算中，航向校正算法存在航向信息利用不充分、航向校正方法單一的問題[38]。1.3論文主要內容及結構安排論文主要研究內容是基于慣性導航理論的行人自主定位技術，實現(xiàn)形式是基于腳綁式的行人航位推算。針對傳統(tǒng)的腳綁式慣性導航系統(tǒng)的缺點——通過二次積分推算行人位置導致航向誤差過大，采用行人航位推算算法，避免了二次積分造成的誤差迅速累積。

電子科技大學碩士學位論文6第二章慣性導航系統(tǒng)基本理論慣性導航是一種以牛頓力學與剛體旋轉學為理論基礎的自主定位技術。利用慣性器件（加速度計和陀螺儀）測量載體相對慣性空間的加速度與角速度信息，并通過姿態(tài)解算與位置推算完成定位功能。慣性導航系統(tǒng)可分為平臺式慣性導航系統(tǒng)與捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)。平臺式慣性導航系統(tǒng)將慣性器件固定在一個慣性平臺上，以穩(wěn)定的平臺建立慣性平臺坐標系。捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)則將慣性器件固定在運動載體上，通過相關導航解算得出載體在導航坐標系下的位置信息。本文著眼于行人自主定位，將慣性器件固定在行人腳部，因此本文方法屬于捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)，下文所述慣導系統(tǒng)均為捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)。2.1慣性器件本文使用的慣性器件都是基于微機電系統(tǒng)（Micro-ElectroMechanicalSystem,MEMS）的慣性傳感器，主要包括陀螺儀與加速度計，通常集成在慣性測量單元（Inertialmeasurementunit，IMU）中。圖2-1是一個典型的6軸IMU，包括3軸陀螺儀與3軸加速度，其軸向標記在IMU的右下角。圖2-1MEMS慣性測量單元2.1.1陀螺儀陀螺儀是慣導系統(tǒng)的主要元器件，是計量角速度的傳感器。角速度通常用每秒的旋轉角度deg/s（degreepersecond）來表示。按時間對角速度進行積分可得到角度變化情況，以此可以檢測載體的姿勢變化。微機電陀螺儀具有體積孝重量輕、成本低、可靠性好、測量范圍大、易于集成的優(yōu)點，但微機電陀螺儀由于漂移較大導致精度不高，如果系統(tǒng)對導航的精度要求較高，則需要使用算法對方向信息進行補償。與傳統(tǒng)陀螺儀主要利用角動量守恒原理不同，微機電陀螺儀主要利用科里奧利力（旋轉物體在有徑向運動時所受到的切向力）原理測量運動物體的角速率，公

【參考文獻】：
期刊論文
[1]紅外目標測量圖像高精度定位方法[J]. 李曉冰.  兵工自動化. 2018(05)
[2]基于超聲波測距的室內定位系統(tǒng)[J]. 徐盛良,魯照權,周永燕,王肖玥峰,丁浩峰.  機械設計與制造工程. 2017(11)
[3]基于足綁式INS的行人導航三軸磁強計在線校準[J]. 張新喜,張嶸,郭美鳳,程高峰,牛樹來.  清華大學學報(自然科學版). 2016(02)
[4]激活函數(shù)對BP網(wǎng)絡性能的影響及其仿真研究[J]. 王雪光,郭艷兵,齊占慶.  自動化技術與應用. 2002(04)



本文編號：3235741