基于mems与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究

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1、中文图书分类号：TP391密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于MEMS与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究论文作者：代汝勇学科：控制科学与工程指导教师：张会清论文提交日期:2016年5月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP391学号：S201302168密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目基于：MEMS与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究英文题目STUDY：ONINDOORPOSITIONINGANDNAVIGATIO

2、NALGORITHMSBASEDONTHEMEMSINERTIALDEVICESANDSMARTPHONE论文作者：代汝勇：学科：：控制科学与工程研究方向：：室内定位申请学位：：工学硕士指导教师：：张会清副教授所在单位：：电子信息与控制工程学院答辩日期：：2016年6月3日授予学位单位：：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材

3、料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：代汝勇日期：2016年6月5日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：代汝勇日期：2016年6月5日导师签名：张会清日期：2016年6月5日摘要摘要随着工业智能化的快速发展，惯性传感器件和智能手持设备的发展日新月异，人们对基于智能手持设备的室

4、内环境位置服务的需求也越来越强烈。统计显示人们在室内所停留的时间占人所有活动时间的80%以上，人们迫切需要在室内环境下，特别是大型商场、超市以及娱乐场所等公共活动场合实现人员的定位及导航功能，以提高人们的生活质量。基于室内环境的位置服务有着广阔的发展空间和应用前景，也成为近年来国内外各科研机构研究的热点之一。本课题基于MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)惯性元件和智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法的研究，主要内容如下：（1）对目前发展迅速并且比较成熟的国内外室内定位方法进行了分析与比较

5、，并对基于惯性传感器的室内定位技术的优缺点进行了深入详细的分析，提出了室内惯性导航定位有待解决的问题和主要研究方向。（2）对惯性导航系统的导航定位原理进行了分析，并对惯性导航系统常用的坐标系、相应的坐标系转换关系、姿态解算算法和位置解算算法进行了总结介绍。（3）针对行人的运动特点，本文提出了基于MEMS惯性传感器和手机电子罗盘结合的室内定位与导航算法，并对导航系统进行了设计，采用了手持手机和鞋绑式惯性传感器两种数据采样方式对行人运动数据进行采集，获取相对精确的行人脚步运动姿态数据和行人运动航向这两种重要的导航数据。（4）针对惯导系统导

6、航解算中存在的累积误差问题，本课题首先对采样数据进行IIR滤波，滤除行人运动的振动噪声，然后加入了以加速度幅值、加速度方差和角速度能量为判断条件的零速度检测算法及修正算法来校正导航解算过程中的累积误差，获取较精确的导航位置信息。（5）针对惯导解算存在的行人运动航向漂移问题，本文提出了基于MEMS陀螺仪和手机电子罗盘相融合的行人航角获取算法，对行人的航向信息进行融合校正。对于手机电子罗盘易受周围环境磁场影响的问题，本文采用滑动均值滤波算法对手机电子罗盘的采集数据进行校正。（6）利用MATLAB软件对算法进行了仿真实验，验证了本文所提出的

7、基于MEMS惯性传感器和手机电子罗盘相结合的室内定位与导航算法的导航精度与可行性。I北京工业大学工学硕士学位论文（7）搭建了基于MPU6050惯性传感器、蓝牙模块和Android智能手机的室内导航与定位系统硬件平台，在Android软件开发平台上编写了室内定位导航软件，对本文提出的导航算法的实时性和可行性进行了验证。关键词：室内定位；惯性导航；智能手机；零速度修正；航向融合校正IIAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofindustrialintelligent,andthedevelopme

8、ntofinertialsensorsandsmarthandhelddevicesisquicklywitheachpassingday,thedemandofpeoplefortheindoorenvironment