基于mems行人惯性导航的零速度修正技术研究

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2、并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：()1。经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。()2．不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开

3、学位论文，均适用上述授权。)声明人(签名)：巷瓦置}肌吨年r月h日摘要随着科技的发展及城市化的快速推进，高林密布的大楼和大而密封的室内环境越发增多。在传统的GPS导航技术中，由于其信号在穿透建筑物后会被严重削弱，所以很难应用于室内导航与定位。然而，微机电系统(MEMS)的快速发展为这一问题带来了解决方案，基于MEMS的惯性器件以其自身体积小、成本低、功耗低等特点在室内捷联式惯性导航应用方面有了广泛研究。但是，由于MEMS惯性器件本身存在漂移、噪声等误差，所以在将其应用于室内导航的过程时，如何消除误差是较为重要的难题。本文将基于鞋绑式的捷联式惯性导航系统，拟研究行人在不同步态

4、(正常步行、跑步)下，针对惯性器件自身的漂移误差和运动过程中引入的噪声误差进行零速度修正研究。其原理是当行人以不同步态活动时，脚步与地面接触过程中会存在一段理论上速度为零的时刻，而实际上并非为零，因此，通过检测到脚步处于零速度时刻，就可预测到误差值，然后进行剔除。零速度时刻检测部分将分别依据惯性传感器数据(加速度值与角速度值)和固定在正脚背上的超声波模块，测量其与地面距离的数据。其中依据惯性传感器数据的零速度检测算法，采用一种基于加速度平方和、加速度平方和的方差和角速度值的多条件方法，而依据超声波数据的零速度检测算法是根据对双足运动步态模型的分析，推出超声波数据模型，再根据

5、模型总结出检测算法，从而找到零速度时刻。考虑到超声数据的稳定性，使用局部加权回归散点平滑法处理超声波数据，使其整体能够更加具体的显示出运动模型的规律和趋势，从而方便检测。通过两种零速度检测方法检测到零速度时刻后，再触发卡尔曼滤波进行误差预测并更新速度、位置和姿态信息。通过实验，其结果验证了零速度检测算法的可行性，以及在不同步态下，基于惯性数据和基于超声波数据进行零速度修正后得到的步数、单步步长、整体距离与实际情况相符。在步数方面，两者均能100％检测到；而单步步长与实际设定值的误差也不大；在整体运动距离方面，两者修正后在正常步行步态下得到了1％以内的距离误差，而跑步则达到了

6、2％以内的距离误差。但其中，基T摘要于超声波的零速度修正得到的结果要好于基于惯性传感器数据的结果。本文对于零速度修正技术中零速度检测算法进行了不同方面的分析并验证，为MEMS惯性传感器应用到行人室内导航实际场景中提供了一种简单而高效的方法。关键词：惯性导航；零速度修正；卡尔曼滤波II垒!!坚竺AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandtherapidadvanceofurbanization，massedhighbuildingsandlargeenclosedindoorenvironmentsbecomesmoreandmore．

7、Assignalswillbeweakenedseverelywhentheygoacrossbuildings，it'sdifficulttoapplytraditionalGPSpositioningtechniqueintoindoornavigationandpositioning．However，therapiddevelopmentofMEMSbringsasolutiontothisproblem．Foritssmallsize，lowcostandlowpowerconsumption，inerti