基于惯性测量单元的行走定位算法研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

近些年来,由于行人导航定位系统在现实中的广泛运用,它受到大家越来越多的重视

如平时的导航定位,查找和在紧急情况下抢救幸存者。人们对定位与导航的信息需求日益增多。

在实际应用中,有时需要一个能在室内和室外环境工作的个人导航系统,它不需要任何基础架构支持,不易受外界干扰。人体行走的位置跟踪通常需要由一个或多个发射器或接收器组成的装置或系统。典型的例子跟踪一般基于gps,或者光学系统。在基于位置的服务(location based service)中,如行人跟踪、导航等,定位是最基础的组成部分。由于 gps 等卫星定位系统能够连续、实时和准确地提供行人位置信息,广泛应用于各个领域的定位导航中[1]。但是,这种基于卫星信号的有源导航定位系统需要外部辅助设备的支持,并利用此类外部设备传输卫星定位数据才能实现行人定位。换句话说,当外部设备无法满足卫星定位数据传输要求,或者外部设备出现破损时,就无法实现行人定位,另外,gps 等卫星信号对周围环境有着苛刻要求,例如当行人位于室内环境中,卫星信号的传输路径由于多径干扰而出现混乱,也会被墙面、金属物体等遮挡吸收,导致行人定位信息无法获取,使得基于位置服务失去原有的功能。在室内环境下,gps 无法使用,而基于无线通信的定位方式,需要预装设备。为此,国内外很多机构研究基于惯性传感器的局部定位方法,以适应室内陌生环境的需要,比如灭火、反恐、救援等。

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2. 研究的基本内容与方案

主要内容如下:

(1)mems 传感器的姿态解算:主要介绍了基于四元数的姿态解算,首先介绍四元数的定义及运算,以及姿态解算的微分方程。

(2)人体行走的定位算法:本研究将 mems 传感器绑在人的脚上,所以传感器的运动状态是人体行走定位算法中的关键问题。但由于传感器存在漂移,这会造成很大的定位误差,采用适当的方法对误差进行估计和补偿能保证定位系统的高精度和稳定性。本研究将利用加速度和角速度建立行人运动模型,检测的运动状态,再利用零速更新(zupt)的概念,对速度进行校正,对人体位置进行准确的估计和及时的误差补偿。

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3. 研究计划与安排

2019.3.20.前 上传开题报告(外文翻译同步上传)

开题报告上传后 每三周上传一次阶段性成果,上传阶段性报告3-4篇(上传后3天内指导教师批阅)

答辩前一周 上传论文定稿(答辩前3-5天指导教师、评阅教师评分)

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] fourati. h, “heterogeneous data fusion algorithm for pedestrian navigation via foot-mounted inertial measurement unit and complementary filter,” ieee transactions on instrumentation and measurement, 64(1), 221-229, 2015.

[2] yun. x, calusdian. j, bachmann. e. r, et al, “estimation of human foot motion during normal walking using inertial and magnetic sensor measurements,” ieee transactions on instrumentation and measurement, 61(7), 2059-2072, 2012.

[3] foxlin. e, “pedestrian tracking with shoes-mounted inertial sensors,” ieee computer graphics and applications, 25(6): 38-46, 2005.

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