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改进的零速修正算法在行人自主导航中的应用

系统仿真学报 2018年第11期30卷 4359-4366页

作者：汪天生李擎北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室北京100192

针对目前传统的零速修正算法(Zero Velocity Update,ZUPT)理论上能够修正累积误差,但是由于其3维速度、位置、姿态的状态误差变量是以3维速度误差为观测量通过建立的模型而得到的,导致其稳定性较差,精度也不高的问题。提出了一种18维的... 详细信息

针对目前传统的零速修正算法(Zero Velocity Update,ZUPT)理论上能够修正累积误差,但是由于其3维速度、位置、姿态的状态误差变量是以3维速度误差为观测量通过建立的模型而得到的,导致其稳定性较差,精度也不高的问题。提出了一种18维的零速更新算法,在零速状态时利用相邻时刻的状态信息计算得到无法直接观测的状态观测量,利用卡尔曼滤波器最优估计出所有状态误差。为验证改进的ZUPT的精确性,利用自研的IMU进行实验。结果表明改进的算法相比传统的ZUPT具有很好的稳定性而且导航精度提高了1.7%。

关键词： IMU 零速修正技术行人自主导航误差观测量卡尔曼滤波器

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行人自主导航算法研究

行人自主导航算法研究

作者：左德胜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

导航是一个技术门类的总称,它是监测和引导人或机器等从一个位置移动到另一个位置的一种手段。不过基于GPS等卫星导航系统的弱点也很明显,其在城市楼宇、隧道、山林、地下建筑甚至一般建筑的室内等区域内,卫星的信号接收很差,这个时候以... 详细信息

导航是一个技术门类的总称,它是监测和引导人或机器等从一个位置移动到另一个位置的一种手段。不过基于GPS等卫星导航系统的弱点也很明显,其在城市楼宇、隧道、山林、地下建筑甚至一般建筑的室内等区域内,卫星的信号接收很差,这个时候以GPS为代表的有源导航就很难发挥出高效的导航作用。惯性导航有很多优点,比如它的自主性很好而且对于不理想的外界条件可以不被干扰,在比较复杂的导航环境中仍然能够持续更新位置以及姿态等导航信息。而且近年来,基于MEMS的捷联惯性技术有很大的突破进展,与一般的惯性元器件相比,其体积小、成本低、可靠性强且便于集成,可应用在行人自主导航研究。首先,基于惯性导航基本原理,完成惯导系统的初始对准、姿态更新、导航解算设计。对于位置、速度、姿态都有详细的推导,并对模型进行了误差分析。其次,在导航解算过程中,由于MEMS器件的精度较低,传感器存在漂移误差,航解算结果存在累积误差。本文采用零速修正算法对累积误差进行补偿,零速修正可分为零速检测与修正两个部分。本文对于零速检测进行了深入研究,实现了基于随机森林算法的多步态运动情况下自适应零速检测;零速时刻的修正是基于传统卡尔曼滤波的误差估计,估算出这一时刻位置误差、速度误差、姿态角误差的值,从而进一步实现误差补偿,提高导航定位精度。最后,在行人自主导航算法中,由于天向陀螺漂移误差较大,导航定位过程中航向角发散严重。所以在零速修正的基础上,进一步设计实现在启发式航向修正算法基础上改进实现的基于主方向的航向修正算法,以此来提高航向估计的精度。在本次算法研究的基础上,本文进行了该算法下导航系统实验分析,通过实验的验证,在多步态运动情况下,该系统误差达到收敛状态,定位精度良好。

关键词：行人自主导航 MEMS 初始对准卡尔曼滤波多步态零速修正航向修正

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行人自主导航技术综述

导航定位与授时 2024年第4期11卷 1-15,F0002页

作者：邓志红张平李哲孟之栋沈凯尚克军北京理工大学自动化学院北京100089 北京自动化控制设备研究所北京100074

导航与位置服务是我国经济新增长点和战略性新兴产业。近年来,行人自主导航技术由于可为行人提供高自主、高智能、高可靠和低成本的位置服务而备受关注,成为了导航与位置服务赋能可穿戴设备的关键驱动力。针对惯性、磁场和视觉三大主流... 详细信息

导航与位置服务是我国经济新增长点和战略性新兴产业。近年来,行人自主导航技术由于可为行人提供高自主、高智能、高可靠和低成本的位置服务而备受关注,成为了导航与位置服务赋能可穿戴设备的关键驱动力。针对惯性、磁场和视觉三大主流行人自主导航方法进行了调研分析,梳理了行人自主导航技术的研究进展,重点阐述了各类技术途径的原理与特点,并指出了行人自主导航技术的未来发展趋势。

关键词：行人自主导航人体里程计行人航位推算零速修正磁场匹配视觉惯性里程计

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行人多源导航场景自适应方法研究

行人多源导航场景自适应方法研究

作者：安郎平国防科技大学

学位级别：硕士

在卫星拒止环境中,行人的实时鲁棒导航是一个具有挑战性的问题。传统行人导航系统通常基于视觉或惯性来估计其相对于已知起点的位姿。然而,由于视觉和惯性各自的局限性,目前常见的视觉SLAM和惯性导航系统对复杂运动状态与复杂动态环境... 详细信息

在卫星拒止环境中,行人的实时鲁棒导航是一个具有挑战性的问题。传统行人导航系统通常基于视觉或惯性来估计其相对于已知起点的位姿。然而,由于视觉和惯性各自的局限性,目前常见的视觉SLAM和惯性导航系统对复杂运动状态与复杂动态环境的适应性较差。为提高行人导航系统在复杂运动状态下或面向复杂环境的适应性,本文针对复杂运动状态和动态环境,分别研究了行人惯性导航参数自适应方法和视觉SLAM的场景适应性方法,并基于此,在足部MIMU和相机的基础上融合其他传感器设计结合优化与滤波的行人多源融合导航算法。主要研究成果有:第一,针对惯导系统在复杂运动状态下适应性不足问题,设计了基于循环神经网络的行人导航零速阈值自适应算法和基于位姿观测的惯性导航参数优化算法,使得系统自适应调节导航参数,有效抑制误差发散,从而提高了系统的定位精度和鲁棒性。第二,针对动态环境下行人视觉SLAM系统鲁棒性不足的问题,研究实现了基于ORB-SLAM 2的行人视觉导航系统设计与搭建,分析了动态环境对行人视觉SLAM的性能影响,并结合深度学习设计了面向行人自主导航的目标识别与边界分割算法,及抑制环境动态信息影响的行人视觉导航算法,从而准确去除图像帧中的动态物体,提升视觉导航系统的动态环境适应性。第三,结合行人的运动特点,在惯性导航系统和视觉SLAM算法的基础上设计一种结合优化与滤波的行人多源融合导航系统。这种融合多源信息辅助定位的方式,充分发挥了不同传感器的优势,从而实现行人在复杂场景下的精确、可靠导航。本文通过大量实验验证了算法在复杂场景下的适应性,并将实验结果与典型的视觉SLAM系统和惯性导航系统进行对比,结果证明本文所提出的算法在复杂场景中的定位精度更高,鲁棒性更强。

关键词：行人自主导航场景自适应动态视觉SLAM 零速修正多传感器融合

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遮蔽空间单兵双足不等式约束融合定位方法

中国惯性技术学报 2023年第6期31卷 540-546,554页

作者：苏中王一静李磊刘一康北京信息科技大学高动态导航技术北京重点实验室北京100192

在一些遮蔽空间环境,如地铁施工、隧道检修等内部,对于单兵的入内救援提出了挑战,自主的单兵定位是保障人员安全的必要手段。针对现有基于惯性的单兵定位方法定位误差大的问题,提出了一种遮蔽空间单兵双足不等式约束融合定位方法。利用... 详细信息

在一些遮蔽空间环境,如地铁施工、隧道检修等内部,对于单兵的入内救援提出了挑战,自主的单兵定位是保障人员安全的必要手段。针对现有基于惯性的单兵定位方法定位误差大的问题,提出了一种遮蔽空间单兵双足不等式约束融合定位方法。利用双足之间最大步长作为约束条件,缩短零速修正间隔以增加观测量。同时双足在不等式约束的基础上,利用最优阈值检测算法,准确识别不同步速,实现自适应步速识别。实验结果表明,利用最优阈值的零速检测算法和双足不等式约束的单兵导航定位方法,比双足未加约束时的定位精度提高86.12%,与双足等式约束的定位算法相比平均定位精度提高61.48%。

关键词：复杂环境不等式约束行人自主导航航向漂移

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一种12维零速状态更新的智能行人航位推算

系统仿真学报 2018年第11期30卷 4387-4394页

作者：刘恒志李擎北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室北京100192

针对目前不同的可穿戴式行人导航的捷联惯导装置需要不同的PDR(PedestrianDead Reckoning)参数,并且非最优值参数影响定位精度的问题,提出一种12维零速状态更新智能算法:通过引入三维速度、姿态、位置、磁力计误差作为系统观测量,并将... 详细信息

针对目前不同的可穿戴式行人导航的捷联惯导装置需要不同的PDR(PedestrianDead Reckoning)参数,并且非最优值参数影响定位精度的问题,提出一种12维零速状态更新智能算法:通过引入三维速度、姿态、位置、磁力计误差作为系统观测量,并将支持向量机与卡尔曼滤波器构成智能估计器估计系统状态误差,从而提升系统精度。利用自研的IMU(Inertial Measurement Unit)传感器进行实验验证,结果证明该方法有效观测系统状态,最优估计系统误差,提升了系统的精度:水平和空间误差平均缩减40%和45%,对行人导航技术的研究具有实际应用价值。

关键词：捷联惯导可穿戴式行人自主导航 IMU PDR

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基于最小二乘法的磁力计误差补偿与校准

导航定位与授时 2018年第1期5卷 17-21页

作者：刘宇陈永炜路永乐丁其星李瑶重庆邮电大学光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室重庆400065

磁力计在行人自主导航系统中用于提供绝对航行信息,而航向的精度直接决定着系统定位的精度。针对目前磁力计标定方法中存在磁干扰等问题,提出了一种基于最小二乘法和"8"字校准法对磁力计零偏进行实时校准的方法。该方法先利用最小二乘... 详细信息

磁力计在行人自主导航系统中用于提供绝对航行信息,而航向的精度直接决定着系统定位的精度。针对目前磁力计标定方法中存在磁干扰等问题,提出了一种基于最小二乘法和"8"字校准法对磁力计零偏进行实时校准的方法。该方法先利用最小二乘法修正磁力计零偏,再根据磁力计的模值大小及方差作为磁干扰的判断条件,用"8"字旋转方式进行实时校准。通过仿真和实验验证,新的方法有效地解决了磁力计误差补偿问题,证明了改进误差补偿算法的可行性和有效性。

关键词：行人自主导航最小二乘磁干扰磁力计零偏