基于MIMU的單兵室內(nèi)導(dǎo)航算法研究.pdf

1、單兵室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)可為在封閉、多遮擋環(huán)境下作戰(zhàn)的人員不斷地提供準(zhǔn)確導(dǎo)航信息。傳統(tǒng)利用衛(wèi)星的導(dǎo)航模式在室內(nèi)會(huì)存在信號(hào)缺失、易受干擾等問(wèn)題，無(wú)法得到應(yīng)用。而基于超聲波（Ultrasonic）、超寬帶（Ultrawideband，UWB）、WLAN、RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)的室內(nèi)定位方法又存在多路徑誤差，甚至需要事先有額外設(shè)備的輔助，不僅成本高、且還不能滿足單兵作戰(zhàn)環(huán)境未知性的需求。基于自包含

2、傳感器的個(gè)人導(dǎo)航方法是近幾年來(lái)的研究熱點(diǎn)，它具有不受外界環(huán)境干擾、自主性強(qiáng)、成本低、體積小、且能輸出連續(xù)導(dǎo)航結(jié)果的優(yōu)勢(shì)，適合成為單兵室內(nèi)導(dǎo)航的首選技術(shù)。
　　本文深入研究了基于MIMU（Micro Inertial Measurement Unit，微慣性測(cè)量單元）的單兵室內(nèi)導(dǎo)航算法。主要研究工作包括：
　?。?）結(jié)合單兵作戰(zhàn)動(dòng)作和行為的多樣性特征，分析了MIMU的最佳安裝位置，以此設(shè)計(jì)了——鞋式單兵慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。分析了人行

3、走過(guò)程的步態(tài)原理，提出了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航所需解決的步態(tài)辨識(shí)、步長(zhǎng)估計(jì)、航向估計(jì)、導(dǎo)航解算等關(guān)鍵問(wèn)題。
　?。?）實(shí)現(xiàn)了三種勻速標(biāo)準(zhǔn)行走下步頻的檢測(cè)方法，包括步態(tài)峰值檢測(cè)法、Stance Phase檢測(cè)法以及自相關(guān)檢測(cè)法，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在的步速不恒定、多步態(tài)并存的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了一種能適應(yīng)多步態(tài)的零速檢測(cè)算法，同時(shí)提出了一種零速—步頻檢測(cè)機(jī)制，該機(jī)制將零速檢測(cè)與步頻檢測(cè)結(jié)合起來(lái)，使得算法可以對(duì)人行走時(shí)的多種步態(tài)兼容，包括跑步。實(shí)驗(yàn)證明，該機(jī)

4、制下的算法步態(tài)檢測(cè)精度相比傳統(tǒng)檢測(cè)算法精度明顯要高。
　?。?）實(shí)現(xiàn)了基于兩種模型的步長(zhǎng)估計(jì)，并由多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出了模型中參數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的自適應(yīng)化。為充分提高導(dǎo)航穩(wěn)定性和可靠性，提出了一套步態(tài)檢測(cè)—步長(zhǎng)估計(jì)協(xié)調(diào)機(jī)制，該機(jī)制將捷聯(lián)慣性導(dǎo)航+零速修正方法與步航推算的方法相融合，解決了零速修正失效下的導(dǎo)航發(fā)散問(wèn)題。
　　（4）設(shè)計(jì)了基于系統(tǒng)誤差狀態(tài)的擴(kuò)展卡爾曼濾波器，解決了如何借助獲取的零速信息實(shí)現(xiàn)誤差估計(jì)和零速

5、修正的問(wèn)題。同時(shí)介紹了導(dǎo)航系統(tǒng)的靜態(tài)誤差補(bǔ)償和水平姿態(tài)角的對(duì)準(zhǔn)方法。
　?。?）針對(duì)室內(nèi)導(dǎo)航航向角漂移問(wèn)題，結(jié)合靜態(tài)長(zhǎng)時(shí)間下磁航向穩(wěn)定、且不隨時(shí)間發(fā)散的特點(diǎn)，以及建筑樓向信息易測(cè)得的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的航向估計(jì)決策機(jī)制，有效抑制了導(dǎo)航時(shí)航向角誤差累積的問(wèn)題。
　?。?）給出了單兵室內(nèi)導(dǎo)航算法標(biāo)定流程，以及完整的算法執(zhí)行流程。通過(guò)設(shè)計(jì)的室內(nèi)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了算法的精度。結(jié)果表明，算法的位置解算精度理想，RMS評(píng)估精度在行程的2％以