基于MEMS惯性器件的行人室内定位系统

基于惯性传感器的行人航位推算系统不需要预先安装任何基础设备,能自主运行、实现实时行人定位。设计的硬件平台将低成本、低功耗、小尺寸的MEMS惯性传感器与GPS接收机相结合。在室内、城市峡谷等GPS信号不稳定的环境,惯性传感器根据前一GPS定点推算行人行走的相对位置。行人所处位置高度由气压计测量,与平面位置相结合实现三维定位。简单而有效的跨步探测及步长估计算法降低对微处理器的计算及存储要求。利用互补滤波器融合加速度计、陀螺仪、数字罗盘数据,降低方位误差、提高定位精度。室内行人行走测试实验表明:定位误差低于总行走距离的3%。验证了系统的准确性和可靠性,满足行人定位要求。     

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。     

基于GPSOne和航位推算的定位算法研究

根据行人导航的原理,提出一种适合消防员定位的航位推算算法,并结合GPSOne对消防员的定位信息进行随时更新,以校正由航位推算引起的累积误差,并且可以实现室内外的无缝定位。用加速度计对消防员进行步态辨识,电磁罗盘测量其航向角,并用三轴陀螺仪对航向角进行修正。区别于常用的线性和非线性计算步长的方法,提出一种全新的由速度和频率确定位置增量的步长计算方法,经验证,该算法具有较高的定位精度。     

基于多传感器的姿态测量系统设计

本文针对姿态测量的自主性、低成本、微型化的要求,设计了三轴数字陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘与ATmega128相结合的姿态测量系统,并且通过上位机显示姿态测量值。     

九轴传感器数据误差纠正系统的设计

在已设计的三轴数字陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘与ATmega128相结合的姿态测量系统基础上,本文设计了一款可获取机器人姿态信息的上位机软件。由于电子罗盘的角度信息受周围磁场干扰比较严重,因此本文使用椭圆假设法对电子罗盘的角度信息进行纠正,并给出实验测试结果,验证了角度纠正的正确性。     

HMC5883L 电子罗盘的误差补偿系统设计

在已经设计的三轴数字陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘与 ATmega128相结合的姿态测量系统基础上[1],设计了上位机软件获取机器人的姿态信息,此软件能够将获取的姿态信息进行分离。针对电子罗盘的角度信息受到周围磁场干扰比较严重的问题,使用椭圆假设法以及八方向二乘法对电子罗盘的角度信息分别进行了修正,并在不同的实验环境下测试了角度纠正的正确性。     

人体姿态检测及数据传输系统设计

本文设计的人体姿态检测及数据传输系统系统,采用了ST公司推出的iNEMO模块,该模块包含三轴加速度计、三轴磁力计、三轴陀螺仪和压力传感器,并将10自由度的传感器模块和32位MCU整合在一起,同时还配备多个通信接口。系统采用了基于SIM300的GPRS模块,将实验员当前的姿态发送到PC客户端,实现了远程监控功能。本系统具有集成化、智能化和平台化等特点,具有良好的应用前景。     

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.     

基于九轴传感器的行人室内定位方法

针对由步数、步长精度和航向角偏移带来的定位误差,提出一种基于九轴传感器的行人室内定位方法.利用一种改进的波峰检测法实现精准计步,利用传感器姿态的变化情况识别出原地踏步;在启发式随机漂移消除法(HDE)算法的基础上,提出一种基于主方向的航向修正方法对航向角进行修正;利用一种非线性步长估计模型对行走时的步长进行估算.实验结...     

三轴磁罗盘的设计与误差校正

介绍了三轴磁罗盘的工作原理,设计了一种利用磁阻传感器和加速度计测定航向角、俯仰角、侧滚角的测量系统.分析了影响磁罗盘测量精度的误差来源,并在此基础上提出了相应的校正方法.实验结果表明,利用这些算法,可使磁罗盘的航向角误差由±9°降到±0.6°,有效地降低了由于制造和安装等引起的误差.这种校正算法不仪适用于磁罗盘,也适用于其它三轴传感器系统.     

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.     

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。     

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。     

随钻测量系统设计

针对随钻测量设备需求日益增大,本文在分析随钻测量系统工作原理的基础上,设计一套由三轴加速度计、三轴磁阻传感器与三轴陀螺仪组成的随钻测量系统。以DSP为控制核心,采用先进的MEMS芯片,同时采取相应的抗干扰、误差修正、温度补偿等改善性能措施。结果表明,系统具有测量精度高、稳定性好、适应能力强等优点。     

Attitude Stabilization of a Biologically Inspired Robotic Housefly via Dynamic Multimodal Attitude Estimation

In this paper, we study sensor fusion for the attitude stabilization of micro aerial vehicles, particularly mechanical flying insects. Following a geometric approach, a dynamic observer is proposed that estimates attitude based on kinematic data available from different and redundant bioinspired sensors such as halteres, ocelli, gravitometers, magnetic compass and light polarization compass. In particular, the traditional structure of complementary filters, suitable for multiple sensor fusion, is specialized to the Lie group of rigid-body rotations SO(3). The filter performance based on a three-axis accelerometer and a three-axis gyroscope is experimentally tested on a 2-d.o.f. support, showing its effectiveness. Finally, attitude stabilization is proposed based on a feedback scheme with dynamic estimation of the state, i.e., the orientation and the angular velocity. Almost-global stability of the proposed controller in the case of dynamic state estimation is demonstrated via the separation principle, and realistic numerical simulations with noisy sensors and external disturbances are provided to validate the proposed control scheme.     

Automatic real-time offset calibration of gyroscopes

This paper reports on real-time offset calibration of a three-axis gyroscope whereby the angular rate sensor is part of an IMU in the field. If the IMU is in motion, the orientation changes of the gyroscope can be compared with those from other calibrated attitude sensors to identify the offset of the gyroscope. However, the acceleration sensor of an IMU in the field is typically uncalibrated and thus prevents an exact offset calibration during motion. In this paper, a new multi-model error state Kalman filter is proposed in order to determine the gyroscope’s offset. This filter exclusively uses an uncalibrated accelerometer for determining the gyroscope's offset. Consequently, the resulting calibration system is only partially observable which in turn influences the observability of the requested offset parameters. However, the latter conditions are the typical situation encountered in an IMU in the field. Therefore, the observability conditions as well as the stability of the multi model error state Kalman filter will be analyzed in the second part of this paper.     

基于STM32的步行者航位推算装置设计

基于便携性与实用性考虑,提出一种新的步行者航位推算装置设计。使用三维加速度计与电子罗盘集成芯片LSM303DLHC和陀螺仪集成芯片MPU3050对步行者的实时运动信息进行采集,采用具有ARM Cortex-M3内核的STM32F103RBT6单片机收集传感器数据并对数据进行航位推算处理,将步行者航迹信息显示于TFTLCD上。实验证明,该装置具有较高的推算精度,能满足实际应用需求。     

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.