基於增廣拉格朗日條件的mimu與gps組合行人導航法
2023-12-02 18:58:41 1
基於增廣拉格朗日條件的mimu與gps組合行人導航法
【專利摘要】本發明提供的是一種基於增廣拉格朗日條件的MIMU與GPS組合行人導航法。行人導航系統配有一個射頻信號接收機和兩個MIMU，射頻信號接收機固定在行人的肩膀上，兩個MIMU分別固定在一隻腳的腳尖和腳跟上，實時採集系統數據；分別對兩個MIMU進行導航解算得到慣導行人位置、速度、姿態信息，同時利用射頻信號進行定位，得到接收機行人位置信息；分別對兩個MIMU進行零速校正；構造一個非線性等式約束方程和一個非線性不等式約束方程；將約束方程與卡爾曼濾波相結合，利用增廣拉格朗日方程對系統的狀態變量進行校正，擺脫微弱信號下射頻信號定位精度不夠的問題。在惡劣的封閉室內導航環境下，採用本發明可以充分增加微弱射頻信號的可利用性。
【專利說明】基於增廣拉格朗日條件的MIMU與GPS組合行人導航法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種行人導航系統信息融合方法，尤其涉及一種基於增廣拉格朗日條件的信息融合方法。
【背景技術】
[0002]基於微慣性測量單兀MIMU (Micro Inertial Measurement Unit)慣性解算的行人導航自主定位裝置工作時，微慣性器件工作時誤差發散嚴重，慣性解算算法得到的行人航位推算結果驗證了在導航階段若微慣性器件誤差不能得到有效補償，位置誤差會以時間三次方的趨勢發散，系統最終將喪失導航功能。因此，將微慣性系統應用於行人導航定位的最大難點在於有效的修正誤差。
[0003]從目前來看，為減小微慣性系統的導航誤差，市場上絕大數具有行人導航定位功能的產品主要依靠GPS或地圖匹配麗(Map Matching)來輔助慣導系統進行定位，除此之外磁力計、氣壓計、UWB無線設備、圖像傳感器、都卜勒雷達、以及超聲波傳感器均可作為組合系統的選擇。然而，它們都存在著動態性能差、非自主等缺點，易受客觀因素影響，在處於複雜的周邊環境會產生信號丟失，提供定位信息功能失效等問題。
[0004]在濾波方面，目前在多數行人導航定位功能的產品中所應用的濾波對約束條件的處理方法不夠理想，使得信息融合存在一定的誤差，導航結果精度不高。
[0005]總體來說現有的室內行人組合導航系統穩定性差，濾波效果不夠理想，難以滿足行人導航精確可靠的要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種能最大限度實現系統之間的相互校正，導航精度高的基於增廣拉格朗日條件的MIMU與GPS組合行人導航法。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
[0008]步驟1:將MIMUl和MIMU2分別固定在行人一隻腳的腳跟和腳尖上，將射頻信號接收機固定在行人的肩膀上且與固定有兩個MMU的腳同側，實時採集兩個MMU和射頻信號接收機的數據；
[0009]步驟2:對MMUl和MMU2採集到的數據進行慣導解算，得到慣導行人行進時的速度、位置以及姿態，同時利用射頻信號接收機測到的射頻信號進行定位，得到接收機位置；
[0010]步驟3:根據步驟2中慣導解算出的速度信息對MIMUl和MIMU2進行零速檢測，並對MMUl和MMU2進行零速校正；
[0011]步驟4:根據微慣性系統以及射頻信號的運算結果進行約束條件檢驗，對於檢驗結果合格的點則進入下一循環；若不滿足約束條件則利用增廣拉格朗日方程將不滿足條件的狀態變量投影，使其投射到約束解空間，重新投影后則所有狀態變量滿足約束方程，重新進入下一濾波循環中。
[0012]本發明還可以包括:[0013]1、步驟4中對於狀態變量不滿足約束的情況構造增廣拉格朗日方程將其投影至解空間，具體包括:
[0014](1)約束的數學模型為
【權利要求】
1.一種基於增廣拉格朗日條件的MIMU與GPS組合行人導航法，其特徵是: 步驟1:將MMUl和MMU2分別固定在行人一隻腳的腳跟和腳尖上，將射頻信號接收機固定在行人的肩膀上且與固定有兩個MMU的腳同側，實時採集兩個MMU和射頻信號接收機的數據； 步驟2:對MMUl和MMU2採集到的數據進行慣導解算，得到慣導行人行進時的速度、位置以及姿態，同時利用射頻信號接收機測到的射頻信號進行定位，得到接收機位置； 步驟3:根據步驟2中慣導解算出的速度信息對MIMUl和MIMU2進行零速檢測，並對MIMUl和MMU2進行零速校正； 步驟4:根據微慣性系統以及射頻信號的運算結果進行約束條件檢驗，對於檢驗結果合格的點則進入下一循環；若不滿足約束條件則利用增廣拉格朗日方程將不滿足條件的狀態變量投影，使其投射到約束解空間，重新投影后則所有狀態變量滿足約束方程，重新進入下一濾波循環中。
2.根據權利要求1所述的基於增廣拉格朗日條件的MIMU與GPS組合行人導航法，其特徵是步驟4中對於狀態變量不滿足約束的情況構造增廣拉格朗日方程將其投影至解空間，具體包括: (1)約束的數學模型為
3.根據權利要求1或2所述的基於增廣拉格朗日條件的MMU與GPS組合行人導航法，其特徵是步驟3中所述對MIMUl和MIMU2進行零速校正的數學模型為，
【文檔編號】G01C21/28GK103900581SQ201410136166
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】周廣濤, 李佳璇, 楊若雨, 劉曉旭, 白紅美, 林萌萌, 孫豔濤, 姜鑫, 趙博, 楊建通 申請人:哈爾濱工程大學