为了解决低成本微机电惯性导航系统存在的累积误差问题,提出一种基于融合行人航迹推算(PDR)和超宽带(UWB)无线定位的实时室内行人导航系统。利用加速度计和磁强计进行初始姿态对准;考虑滤波误差估计,推导了惯性导航算法;依靠加速度计和陀螺仪的"与"逻辑进行行人步态检测;实施零速更新(ZUPT)提供速度误差观测量,利用UWB系统提供位置误差观测量;设计具有野值辨识机制的扩展卡尔曼滤波器进行数据融合。对提出的行人导航算法进行实验验证,结果表明该行人导航算法与传统定位方法相比能够有效提高行人定位精度。实验中,该行人导航算法能够获取低于0.2 m的定位误差,且稳定、不发散。 1基于IPZE/UWB算法的定位模型利用加速度计和磁强计进行初始姿态对准;考虑滤波误差估计，推导了惯性导航算法;依靠加速度计和陀螺仪的“与”逻辑进行行人步态检测;在站立相时刻实施零速更新(z提供速度误差观测量，利用UWB系统提供位置误差观测量;设计具有野值辨识机制的扩展卡尔曼滤波器，对位置、速度、姿态、加速度以及角速度进行最优估计，形成IPZE(INS-PDR-ZUPT-EKF)定位与UWB定位的紧耦合算法。如图1为提出的IPZE/UWB紧耦合模型。图1IPZE/UWB紧耦合模型1．本文由弯管机网站采集网络资源整理! http://www.wanguanjixie.name1静态初始对准在不考虑惯性传感器误差的情况下，加速度计的输出为式中i为惯性坐标系，b为载体坐标系，e为地球坐标系，n为导航坐标系。ωbie为e系相对i系的角速度在b系下的分量。ωbeb为b系相对e系的角速度在b系下的分量。导航技术-数控滚圆机张家港滚圆机滚弧机价格低电动滚圆机滚弧机多少钱Cbn为从导航坐标系到载体坐标系的方向余弦矩阵。g为本地重力加速度，gn=［00－g］T。θ，ψ和φ分别为俯仰角、航向角和翻滚角，所以，俯仰角和翻滚角分别为θ=式中Mbx，Mby和Mbz分别为磁强计的三轴输出值。实验设置为了评估提出的紧耦合模型的定位效果，需要对实验环境进行相关配置。本文使用Xsens公司的MTi微惯性航姿模块以及一套UBW无线定位系统作为实验装置。其中，微惯性航姿模块包含三轴加速度计、三轴陀螺仪以及三轴磁强计等传感器，输出速率为100Hz/s，通过USB数据线与电脑通信;UBW无线系统的输出速率为10Hz/s，通过无线装置与电脑进行通信，并使用电脑对数据进行分析;EKF的更新频率为100Hz。将IMU模块固定在脚上，接收惯性数据;将超宽带定位标签固定在肩膀上。实验装置如图2所示。分别进行三种不同实验来证明算法的有效性。第一种是普通行走实验，包括直线行走、拐弯等步态;第二种是快速跑步实验，轨迹为一个矩形;而第三种是按照圆形轨迹行走。设定实验环境:实验是在8m×5m的室内进行。步行实验是从(1，1)点开始行走，经过3)，最终回到(1，1)点;跑步实验是从(1，1)点开始走，经过(7，1)，(7，4)，(1，4)点，最后回到(1，1)点;最后的圆形轨迹行走实验是以(3，2．5)为圆心，以1m为半径进行的。为了使得位置误差累积效果明显，进行多次重复行走。本文中步行实验重复了4圈相同轨迹，跑步实验重复了5圈相同轨迹，圆形行走实验重复了10圈相同轨迹。图2实验设备图为了检测站立相，设定阈值m站立相检测过程如图3所示。只有当C1，C2和C3全部为真时，才属于站立相时刻。从图中可以观察出单独的线加速度或者角速度无法导航技术-数控滚圆机张家港滚圆机滚弧机价格低电动滚圆机滚弧机多少钱本文由弯管机网站采集网络资源整理! http://www.wanguanjixie.name