一种低成本GPS/DR组合导航系统设计

根据车载导航的特点,运用单自由度的加速度计代替里程计,提出一种基于低成本的单陀螺仪单加速度计的航位推算(DR)方案。航位推算短时精度高,但误差会随时间积累而变大,DR与GPS导航利用扩展型卡尔曼滤波,形成GPS/DR组合导航系统,融合2个系统的优势,完善导航能力。实际测试结果表明,该GPS/DR组合导航系统能满足车载导航的基本需求,在城市峡谷中有较高的定位精度,且在GPS信号遮挡时能保持定位。     

基于PDR/UWB紧耦合的足绑式行人导航技术

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.     

面向行人导航的RMLT DR算法研究与实现

DR算法是行人导航中最常用的一种推算算法。分析常规DR算法,针对行人导航中DR算法是固定阈值,不能根据行人环境不同而自动调整阂值,导致行人定位精确度不高的缺点,提出了基于雷达的多级阈值DR算法,即RMLT DR算法。通过仿真模拟实验,对比分析了RMLT DR算法和常规DR算法的定位结果。验证了行人行走过程中,RMLT DR算法可以根据周围的环境自动选择阈值大小,具有更高的精确度。     

基于多传感器融合的车载航位推算系统

针对传统车载航位推算(DR)系统单独导航时导航误差随时间迅速累积的问题,提出一种基于多传感器信息融合的低成本车载DR系统.以无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为数据融合算法,综合利用里程计、陀螺、加速度计、磁力计和气压计等多种传感器的信息,抑制DR系统的累积误差,以低成本、低精度的传感器实现高精度导航.通过实际的长达12 min的道路导航试验,结果表明:导航误差小于总航程的1％,与传统DR系统相比有较大的精度提升.     

基于行人运动模态辨识的室内外无缝导航航向算法研究

目前行人导航航向解算算法均基于导航传感器在行人身体上的固定安装模式,或者依赖其他射频信息辅助修正陀螺航向,这极大约束了导航传感器的适用条件.为此,利用陀螺对低频噪声的敏感性及加速度计低频的稳定性,提出了解决行人手持手机稳态查看与非稳态摇摆的运动模态辨识算法和基于时域互补滤波器实现姿态的最优融合方法;研究了改进型互补滤波以消除行人的运动加速度对姿态解算的干扰误差,提高了载体姿态的测量精度;此外,利用磁传感器标定后的数据设计了自适应卡尔曼滤波算法,抑制了航向角的误差发散.经实际数据测试验证,室内外行人手持稳态与非稳态下的航向角测量精度提高了80%,同时大大提高了导航传感器的适用性与便携性,满足实际工程的使用需求.     

基于MIMU的行人导航算法研究

行人导航系统（Pedestrian Navigation System,PNS）为实时确定行人当前所在位置的定位导航系统,可记录人的步行轨迹或指引人抵达预设目的地。行人导航算法是由三轴MEMS（微电子机械系统）陀螺、MEMS加速度计构成的MIMU（微型惯性测量单元）和三轴磁阻传感器组合搭建的测量装置,置于行人腰部感受其行走时的运动,首先利用加速度计输出进行步态识别,其次建立步长与步长系数、步速之间的关系,使用最小二乘法标定步长系数的方法,实现了步长计算因人的行走速度、人与人行走方式不同的自适应调节,提高了步长的计算精度,最后融合捷联航向和磁航向计算行进方向,使用航迹递推计算轨迹。经测试,此算法具有较高的定位精度。     

提高NGIMU性能的加速度计动态补偿器的研究

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺惯性测量组合(NGIMU)实现制导的.首先,基于NGIMU九加速度计配置方案,根据加速度计的动态特性,推导了模型的动态导航方程,然后通过对加速度计进行动态补偿达到提高系统导航精度的目的,最后进行了系统三个方向角度运算的仿真验证.仿真结果表明,当加速度计输入信号的动态特性越强,NGIMU的导航误差越大,在动态补偿后系统的导航精度得到了有效提高.     

高超声速飞行器惯导系统误差参数两次优化辨识方法

为满足高超声速飞行器高精度和高可靠性的导航要求,提出一种在发射惯性系下利用智能优化算法实现捷联惯性系统误差参数两次优化辨识的方法.建立惯性测量单元(IMU)误差补偿模型和完整的非线性捷联惯性系统导航模型,为数值优化计算提供准确的模型基础.基于SINS/GPS/CNS组合导航系统信息,建立陀螺仪误差优化模型和加速度计误差优化模型,采用两次优化策略分步估计捷联惯性系统误差参数:首先利用粒子群算法对陀螺仪误差参数进行优化辨识和补偿;然后利用粒子群算法对加速度计误差参数进行优化辨识.仿真结果表明,基于组合导航系统信息和非线性优化模型,两次优化辨识方法能够在线辨识出高精度的捷联惯性系统误差参数,陀螺仪和加速度计优化参数值的相对误差均在20%以内,从而有效提高了高超声速飞行器导航精度.     

基于MEMS加速度计的无陀螺车辆导航技术

设计了一种基于低成本MEMS加速度计的无陀螺车载捷联惯导系统,将高精度的MEMS加速度计安放在载体非质心处,代替陀螺来测量载体角运动信息,实现车辆的GPS信号被遮挡时短时间内的导航定位定姿要求;仿真结果表明:对于300 s时间内导航的载体,无陀螺车载捷联惯导系统的位置误差达到了0.0002°,满足导航的精度要求。     

无人值守变电站巡检机器人导航系统研究

无人值守变电站设备巡检机器人导航定位系统是实现设备巡检工作的关键技术之一,为此设计了一种由光纤陀螺、里程仪、加速度计、差分GPS和导航计算机构成的硬件系统,并基于差分GPS定位、航位推算（DR）导航原理设计了该组合导航系统软件,系统的特点是采用了初始自寻北、切换式组合导航方式,该方法简单易行、实用性较强。实验表明,该系统能为变电站设备巡检机器人提供连续、实时、较高精度的导航定位。     

基于MEMS惯性传感器的行人航位推算系统

提出一种基于低成本MEMS自包含传感器,能自主完成数据采集、数据处理的行人航位推算（PDR）系统.硬件平台集成三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴数字罗盘及气压计,不需任何额外设施.通过自包含传感器测量行人行走的步长、方位及高度,实现行人室内、外三维定位.采用加速度信号实现跨步探测和步长估计.利用互补滤波器融合加速度计、陀螺仪和数字罗盘数据,矫正陀螺仪的测量误差和磁场干扰对数字罗盘的影响,提高行人行走的方位精度.测试结果表明：系统的定位误差低于行进距离的4％,满足行人定位要求.验证了系统的有效性和可靠性.     

基于HMC5883的电子罗盘设计

针对低功耗的手持导航应用,提出了一种基于数字磁阻传感器和MEMS加速度计的小型低功耗电子罗盘设计方案.介绍了电子罗盘工作原理、硬件设计及软件算法,并在分析磁性物质影响的基础上提出了合理可行的矫正方法.实验表明,该电子罗盘能准确测量罗盘朝向,并且功耗低、运行稳定,具有倾斜补偿及校正功能,可用于普通导航领域.     

基于FPGA的数字磁罗盘开发

针对电子罗盘的定位导航应用,开发了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)作为微控制器的数字磁罗盘,具有成本低、速度快、功耗小的优点。FPGA负责完成对数字磁阻传感器和数字加速度计的数据采集、方位角计算、LED显示以及串口输出等处理。对罗盘的误差来源进行了分析,重点对其中的硬干扰误差进行了补偿修正。为了验证设计效果,对数字磁罗盘实物进行了测试,测试结果表明:磁罗盘在进行误差补偿后,精度范围能够达到1°～2°左右,且长期运行时稳定,可适用于普通导航领域。     

三轴磁阻电子罗盘的设计和误差补偿

设计了一款具有倾斜补偿功能的三轴磁阻电子罗盘,并对样机系统做了误差补偿。本系统以磁阻传感器HMC1043和MEMS加速度传感器ADXL203为信号采集模块,以MSP430F149单片机为信号处理模块,分别获取、处理磁场和重力加速度信息,并通过液晶显示模块LCM6432ZK显示载体的航向角和姿态角。结合经典的椭圆假设法和傅里叶级数模型,对系统的误差进行补偿。实验结果表明,设计的磁阻电子罗盘实现了集成化和智能化,能实时显示载体的航向角和姿态角,航向误差可稳定在±0.6°以内。     

基于神经网络的多传感器融合PDR定位方法

针对当前行人航位推算系统因行人随意性行走、传感器漂移等造成行人步长估计不精确、方向计算误差累积问题,提出了一种基于神经网络和智能手机内置多传感器融合的PDR室内定位方法.首先利用加速计采集的传感器数据和移动距离数据训练BP神经网络,将训练好的BP神经网络模型进行行人移动距离预测,然后根据行人行走步伐的连续性特点和传感器输出之间的相关性,设计了一种微航向角融合的方向估计算法.该算法通过对行走过程中的情况进行分类以获得可靠的传感器源,利用3种微航向角进行分类加权融合,最终获得行人行走方向的精确估计.实验结果表明,通过行人移动距离预测和微航向角融合算法能够实现得较好的定位效果.     

基于MEMS器件的电子罗盘系统设计

研究了一种基于MEMS加速度传感器、三轴磁阻传感器和MSP430F169单片机的数字电子罗盘测量系统。介绍了航向的测量原理、航向角表达式以及系统的整体框架,重点阐述了系统的硬件电路设计和误差补偿方法,使罗盘系统精度最大误差从41.5°提高到了1.5°左右。     

姿态航向测量与误差补偿方法研究

设计了一种基于MEMS陀螺仪、加速度计、磁传感器的小型姿态航向参考系统;以四元数和角速率偏差为状态矢量,磁场强度和加速度计信息为量测矢量,构建基于Kalman的四元数姿态航向解算方法;通过调整测量噪声方差矩阵,解决动态过程中由于运动加速度造成的姿态角误差;采用陀螺仪误差建模和磁航向罗差补偿技术,进一步提高了系统测量精度。根据飞行数据分析,姿态航向参考系统具有较高测量精度和较好的稳定性、动态性,姿态角均方根误差小于1.5°,航向角均方根误差小于3°。     

基于传感器的室内测试轨迹系统

室内定位技术对基于室内位置信息的服务和测量至关重要。基于加速度、陀螺仪和磁强计等传感器,提出一种适用于室内行走的定位方法,该定位方法利用传感信号和滤波算法得出行走步数、步长及方向,并采用轨迹匹配算法对轨迹数据进行修正得出优化轨迹。通过实地测试表明：该方法能准确地还原行走轨迹,可应用于实际室内场景。     

基于MEMS三维磁阻传感器的电子指南针的研究

介绍了一种基于MEMS的三维磁阻传感器和加速度传感器的电子指南针系统.相对于由两轴磁阻传感器制造的电子指南针,该系统能够有效补偿倾斜角产生的误差.重点介绍了该系统的测量原理、硬件设计、软件流程.通过中位置均值滤波、限幅滤波、一阶滞后滤波,最大误差控制在1°以内.实验结果表明:本系统可以满足于一般导航领域的要求.     

基于陀螺辅助的磁罗盘抗干扰测量方法

为了解决磁罗盘使用过程中受到的磁干扰和加速度干扰影响测量精度问题。提出了基于陀螺辅助的磁罗盘抗干扰测量方法。选取磁罗盘姿态四元数微分程和传感器误差模型共同构建系统的滤波模型,由自适应卡尔曼滤波算法实现磁罗盘姿态估计,并借助于无磁转台对测量方法进行了实验验证,结果表明该方法是可有效实现磁罗盘的抗干扰测量,且能提高磁罗盘测量精度。