基于改进航位推算和粒子滤波的imu室内定位算法

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1、分类号：TN92单位代码：10183研究生学号：2013522052密级：公开吉林大学硕士学位论文基于改进航位推算和粒子滤波的IMU室内定位算法IMUIndoorPositioningAlgorithmBasedonImprovedDeadReckoningandParticleFilter作者姓名：方省专业：信号与信息处理研究方向：物联网及室内定位指导教师：钱志鸿教授培养单位：通信工程学院2016年6月基于改进航位推算和粒子滤波的IMU室内定位算法IMUIndoorPositioningAlgorithmBasedonImprovedDea

2、dReckoningandParticleFilter作者姓名：方省专业名称：信号与信息处理指导教师：钱志鸿教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年6月4日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出巧、改编等有。否则碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限），应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已

3、经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；么方｜日期：２〇（占年＾月日ｔ摘要基于改进航位推算和粒子滤波的IMU室内定位算法随着物联网的快速发展和智慧城市建设的兴起，人们对室内位置服务例如目标发现、医疗服务和智能家居的需求与日俱增。传统的GPS和蜂窝网络技术在室外定位精度比较高，但是在室内由于墙体的阻挡，射频信号往往受到干扰，使定位精度大大降低。目前室内定位技术主

4、要是基于各种无线网络技术，如Wi-Fi、RFID（RadioFrequencyIdentification）、WLAN（WirelessLocalAreaNetworks）等，利用接收信号强度（ReceivedSignalStrength，RSS）来实现室内定位。但是由于多径效应、信号衰减、人的走动等的影响导致室内环境比较复杂，RSS的变化比较大，因此基于无线网络的室内定位精度受到限制，并且这些定位技术需要辅助相应的信号基站。基于以上原因，本论文考虑使用IMU定位，它利用惯性测量单元（InertialMeasurementUnit，IMU）推

5、算下一时刻用户的位置，估计行走轨迹，不需要辅助信号基站，具有完全自主、不受外界环境影响等特点，并且惯性测量单元已经广泛安装在智能移动终端中，无需增添新的配件。基于此提出了基于改进航位推算和粒子滤波的IMU室内定位算法，本文的主要研究内容和创新点包括：1.提出了基于IMU的室内定位算法框架，该框架包括步数检测、步长估计、航位估计和粒子滤波优化算法等模块。针对原有航位推算模型数据处理误差大，定位精度低，在原有模型上优化了数据处理过程，提出了步数检测算法和自适应步长估计算法，步数检测算法通过引入时间窗口检测和动态时间规整（DynamicTimeWa

6、rping,DTW）距离算法，限制步数的间隔时间和比对相邻步伐的相似度剔除误差数据，使步数检测更加精准；自适应步长估计算法利用步长与步频、加速度的关系及线性回归算法训练步长模型增加算法的自适应性，使估计的步长与实际步长更加接近，减少步长估计误差。2.在航位推算模型的基础上引入粒子滤波，完成了IMU定位算法的定位信息整合和优化过程，是IMU定位算法的重要一环。但是传统的粒子滤波算法存在粒子贫化和退化问题，基于此提出了基于几何中心和似然估计的粒子滤波算法，在重采样阶段，利用几何中心思想实现部分粒子重采样，通过粒子与几何中心的距离筛选重采样粒子。在

7、粒子权重计算阶段，针对非平稳非高斯观测噪声导致粒子滤波算法估计精度低、易发散的问题，提出了基于似然估计的非高斯噪声参数估计，取代了传统算法中测量噪声的高斯密度函数近似估计，不仅解决了粒子贫化和退化问题，而且提高了定位精度。I采用Matlab2010a分别对步数检测算法、步长估计算法、改进粒子滤波算法和IMU定位算法进行仿真分析，证明了所提出算法的合理性和有效性，能够有效提高定位精度，减少定位误差。关键词：IMU，室内定位，航位推算，粒子滤波IIAbstractIMUIndoorPositioningAlgorithmBasedonImprov

8、edDeadReckoningandParticleFilterWiththerapiddevelopmentoftheInternetofthingsandthe