行人自主导航算法研究.pdf

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1、硕士学位论文行人自主导航算法研究RESEARCHONPEDESTRIANAUTONOMOUSNAVIGATIONALGORITHM左德胜哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V241.62学校代码：10213国际图书分类号：627.7密级：公开工学硕士学位论文行人自主导航算法研究硕士研究生：左德胜导师：李清华副研究员申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V241.62U.D.C:627.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHO

2、NPEDESTRIANAUTONMOUSNAVIGATIONALGORITHMCandidate：ZuoDeshengSupervisor：AssociateProf.LiQinghuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNonspecialist：ControlEngineeringAffiliation：SchoolofAeronauticsDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要导航是一个技术门类的总称，它是

3、监测和引导人或机器等从一个位置移动到另一个位置的一种手段。不过基于GPS等卫星导航系统的弱点也很明显，其在城市楼宇、隧道、山林、地下建筑甚至一般建筑的室内等区域内，卫星的信号接收很差，这个时候以GPS为代表的有源导航就很难发挥出高效的导航作用。惯性导航有很多优点，比如它的自主性很好而且对于不理想的外界条件可以不被干扰，在比较复杂的导航环境中仍然能够持续更新位置以及姿态等导航信息。而且近年来，基于MEMS的捷联惯性技术有很大的突破进展，与一般的惯性元器件相比，其体积小、成本低、可靠性强且便于集成，可应用在行人自主导航研究。首先，基于惯性导航基本原理，完成惯导系统的初始对准、姿态更新、导航解算设

4、计。对于位置、速度、姿态都有详细的推导，并对模型进行了误差分析。其次，在导航解算过程中，由于MEMS器件的精度较低，传感器存在漂移误差，航解算结果存在累积误差。本文采用零速修正算法对累积误差进行补偿，零速修正可分为零速检测与修正两个部分。本文对于零速检测进行了深入研究，实现了基于随机森林算法的多步态运动情况下自适应零速检测；零速时刻的修正是基于传统卡尔曼滤波的误差估计，估算出这一时刻位置误差、速度误差、姿态角误差的值，从而进一步实现误差补偿，提高导航定位精度。最后，在行人自主导航算法中，由于天向陀螺漂移误差较大，导航定位过程中航向角发散严重。所以在零速修正的基础上，进一步设计实现在启发式航向

5、修正算法基础上改进实现的基于主方向的航向修正算法，以此来提高航向估计的精度。在本次算法研究的基础上，本文进行了该算法下导航系统实验分析，通过实验的验证，在多步态运动情况下，该系统误差达到收敛状态，定位精度良好。关键词：行人自主导航；MEMS；初始对准；卡尔曼滤波；多步态；零速修正；航向修正-I-AbstractAbstractNavigationisageneraltermforacategoryoftechnology.Itisameansofmonitoringandguidingpeopleormachines,etc.,fromonelocationtoanother.However

6、,theweaknessesofsatellitenavigationsystemsbasedonGPSarealsoveryobvious.Intheindoorareasofurbanbuildings,tunnels,forests,undergroundbuildingsandevengeneralbuildings,thesignalreceptionofsatellitesisverypoor.Atthistime,activenavigationisrepresentedbyGPS.Itisdifficulttoplayanefficientnavigationrole.Ine

7、rtialnavigationhasmanyadvantages.Forexample,ithasgoodautonomyandcanbeundisturbedbyunfavorableexternalconditions.Itcancontinuouslyupdatenavigationinformationsuchaspositionandpostureinarelativelycomplicatedna