基于惯性传感器的室内定位算法研究与实现

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随着科技与经济的迅速发展,智能手机已渗透到各家各户,成为人们学习与工作必不可少的生活用品。其中,利用手机实现定位功能是手机应用领域的巨大突破。随着交通行业的发展,位置信息的重要性日益突显。现阶段,利用GPS卫星定位技术实现定位已成为手机的基本功能,为人们出行提供了很大的方便。但由于建筑物等障碍物的遮挡以及复杂的室内环境,GPS卫星定位技术并不适用于室内定位。为解决这一基本现状,本文研究并实现了利用手机内置惯性系统实现室内定位的功能。惯性室内定位技术是研究室内定位技术中最为新兴的定位技术之一。近几年来,随着传感器持续不断的微型化,移动终端产品的高速发展,以及其价格的不断降低,使得利用智能手机内置传感器实现室内定位成为极具研究价值的技术,且目前还未探究出可以大范围使用的室内定位方法。因而,研究惯性室内定位技术,是一项非常具有挑战性和前瞻性的研究课题。本文首先对智能手机内置的惯性传感器系统进行详细介绍和分析,包括相关惯性传感器的工作原理,惯性传感器的坐标系,研究和分析了相关手机内置惯性传感器的融合方法,并给出应用示例。其次,本文采用基于惯性导航系统的PDR(Pedestrian Dead Reckoning)算法即行人航迹推算算法实现室内定位,详细介绍了行人航迹推算法的原理。在此基础上,研究步数、步长和方向的估算方法,其中,针对步数估算方法提出了一种优化方法,通过设置一个状态量,标识行人的运动状态,使步数估算过程更加简洁。最后,本文设计和实现了基于安卓手机惯性系统的室内定位客户端,使用手机内置传感器融合实现实时定位和跟踪并显示行人在室内的运动轨迹。详细说明了传感器数据的获取及处理方法,包括Weinberg approach算法、滤波器的使用以及对数据进行加窗处理的方法。在所选用的安卓测试手机上安装并成功运行室内定位客户端。分别在不同的路径规划下对客户端进行测试,验证客户端的定位功能。
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