基于多源信息融合的惯性导航系统

作     者：梁剑波 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭志勇

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：惯性导航系统 多源信息融合 行人轨迹推算 零速更新 地磁融合 地图匹配 

摘      要：在室内外复杂的环境中,惯性导航系统可提供自主定位功能。由于其误差发散导致以惯性导航系统为核心的定位技术精度并不符合社会需求。因此论文利用多源信息融合技术,在惯导基础上融合行人脚步、地磁以及地图等信息,以绑脚式行人轨迹推算的方式实现惯性导航的高精度定位。论文详细介绍了惯性导航系统相关的基本原理、惯性器件误差的基本模型以及MEMS惯性器件的误差特性;分析了由积分推算引起的惯性导航系统误差二次发散问题;归纳了与多源信息融合技术相关的卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器以及粒子滤波器的算法流程。论文研究了基于惯性导航系统的行人轨迹推算方法;针对行人轨迹推算技术中抑制误差发散的零速更新方法,对比了多种不同的零速检测方案及相对应的缺点,利用差分零速检测方案进行改进并验证;通过分析绑鞋式行人轨迹推算系统的观测方程以及状态方程,利用基于误差状态的卡尔曼滤波器实现基于纯惯导的行人轨迹推算系统;通过分析系统的航向误差估计变化以及引入渐近性衰减因子,对行人轨迹推算系统进行改进。最后论文结合纯惯导的固有缺点,融合了地磁信息以及数据地图信息对其进行改进。论文通过分析室内外的地磁情况以及行人的行为信息,提出有效的航向偏差估计方案,利用扩展卡尔曼滤波器实现室内外兼容的地磁融合惯导定位方案;通过增强粒子滤波的粒子随机性,根据行人的轨迹信息改进粒子重采样方法,在地磁融合的基础上实现鲁棒性较强的地图融合惯导方案;综合仿真了基于多源信息融合的惯性导航系统并比较其定位精度。