基于运动传感的个人导航系统及算法研究

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1、浙江大学硕士学位论文绪论第1章绪论1．1课题研究背景及意义随着信息技术的发展与社会服务水平的提高，导航与定位技术在现代社会中起着越来越重要的作用。以前导航和定位技术主要用于军事武器领域，高精密度的机械工业，以及运动的车载领域，但是随着移动终端的发展和普及，以及现代化技术在人们日常生活中的应用，导航和定位技术也逐渐渗透到人们的日常生活，学习，休闲娱乐当中，并且人们对定位和导航精度的要求也越来越高。因此，定位和导航技术也有着的广阔的社会价值和商业前景。世界各国对定位和导航技术的研究始于上世纪六七十年代，定位和导航技术在现代生活中有两大典型的应用：应用移动车载的车载定位导航

2、和应用于行人的个人定位导航。目前大部分的定位与导航技术都是针对于移动车载上，基于个人定位和导航的技术发展相对滞后，但是随着定位和导航系统在个人移动终端(如手机，平板电脑等)中的应用，个人的定位和导航技术最近几年也逐渐受到重视，成为研究的热点，也取得了一定的进步。目前主要的定位和导航技术有：卫星定位和导航技术(如美国的GPS定位技术，俄罗斯的GLONASS定位技术，中国的北斗定位技术等)，惯导定位技术INS，以及基于射频信号的RFID定位技术等。这些技术都各有优缺点，卫星定位和导航技术有点是定位精度高，使用范围广，但是也存在信号易被遮挡问题，在复杂遮挡环境(如高楼密布的

3、城市，丛林，山谷)中无法使用；惯性导航技术INS虽然受外界环境干扰较少，但是存在随着时间的推移累积误差会越来越大等缺点；而基于射频信号的定位技术虽然克服了卫星定位的遮挡问题和惯导的累积误差问题，但是它的使用必须要在使用环境中事先布置安装好设备，使用成本高，且不能用于完全陌生的未知环境，所以其使用范围有限。为了克服以上技术的缺点和使用局限，基于航迹推算的个人定位技术(PersonalDeadReckoning．以下简称PDR)成为当今研究的热点之一。这种技术对在复杂未知环境下应急救灾，反恐安全，军事打击中的行动和指挥有着重要意义。浙江大学硕士学位论文绪论1．2国内外研究

4、现状与发展趋势目前个人定位和导航技术有很多，根据不同的分类方法可以将这些技术分成不同的类别，如按照定位技术的中是否采用运动传感技术将个人定位技术分为运动传感定位技术和非运动传感定位技术，按照定位信号的测量方式，可以将个人运动定位分为被动定位技术和主动定位技术等。本文采用文献[10]中的分类方法，将个人定位导航技术分为基于基础设施(infrastructure)的个人定位技术和基于自身传感器(infrastructureless)或者称为无源(sourceless)的个人定位技术。基于基础设施(infrastructure)的个人定位技术指的是为了实现个人定位必须事先安

5、装一些系统或者设施(如网络节点，红外，基站，卫星等)，个人定位需借助外界设施的信号来实现的定位技术。基于自身传感器(infrastructureless)的个人定位技术地可以称为无源(sourceless)的个人定位技术指的是不需要依赖外界设施和外界信号，仅靠自身传感系统来实现定位的个人定位技术。1．2．1基于基础设施的定位技术基于基础设施的定位技术主要包括：卫星定位技术(以GPS定位技术代表)和基于射频信号的定位技术。其中基于射频信号的定位技术主要有射频识别(RFID)定位技术、无线局域网定位技术、超宽带(UWB)定位技术等。1．卫星定位技术：卫星定位系统覆盖范围广

6、，目前的卫星定位系统中，应用最广泛的是美国的GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系统，除此之外还有俄罗斯的GLONASNGlobalNavigationSatelliteSystem)定位系统，欧洲的Galileo系统，以及中国的北斗卫星导航系统(Compass)。其中后两种卫星定位系统还没有完全建成，还不能实现全球覆盖，只能是区域覆盖的卫星定位系统。由于GPS是当前应用最广泛，定位精度最高，定位技术最成熟的定位系统，本文在这部分将主要介绍GPS定位系统。GPS定位技术的基本原理是利用卫星不间断的发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些

7、信息后，经过定位方程解算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息[12】。实际上就是将卫星作为动态空间的已知点，利用距离交会的原理确定接收设备的三维位置信息。如图1．1所示，假设在t时刻得到卫星1，卫星2，浙江大学硕士学位论文绪论卫星3,-2Ny__!g的三维坐标分别为(x，，Y1，Z1)，(x：，Y2，z：)，(x，，Y3，Z0，同时测的三颗卫星到地面接收机之间的距离分别为D1，D2，D3，设要求的地面接收机的位置一。．卫星2-p星：3卫星1接收机(x，Y，z)图1．1卫星定位原理图为(x，Y，z)。则技术接收机三维坐标的定位推算方程为