[发明专利]一种基于MEMS的INS/GPS组合的室内外个人导航算法

说明书

技术领域

本发明涉及基于MEMS的导航与定位技术领域，特别是在室内外的个人导航领域具有广泛的应用。

背景技术

个人导航系统(Personal Navigation System，PNS)，又称为步行者导航系统，可以实时确定行人行进方向、速度、位置等信息，是导航定位领域中的一个重要的新兴分支，主要用于跟踪定位徒步行走人员的实时位置。MEMS器件具有体积小、功耗低、质量轻、灵敏度高、成本低的优点，基于MEMS的个人导航系统的研究已经成为一大研究热点。在单兵作战、消防人员的定位以及山区丛林探险者等场景都具有广泛的应用前景。

在空旷区，全球定位系统(GPS)的精确度在几米之内，而且定位误差不随时间而积累，但在建筑物密集区，它甚至经常无法正确定位城市街区。问题在于多路径干扰，多路径是GPS在城市和室内的主要干扰源，其他干扰都不会造成如此严重的误差，这是所有基于无线电的定位系统的灾难。所以GPS很多时候受到环境的限制，而无法进行导航与定位。

惯性导航系统不依赖任何外界系统的支持就能独立自主地进行导航，可以连续地提供包括姿态基准在内的全部导航和制导参数，对准后短期时间内具有良好的精度和稳定性。但是INS结构较复杂，导航误差随时间积累而增大，对准时间比较长，因此，不能满足远距离或长时间航行以及高精度导航或制导的要求。

发明内容

为了提高导航定位精度，出现了多种组合导航的方式，即把各具特点的不同类型的导航系统匹配组合，使之相互取长补短，从而形成一种更为优良的新型导航系统——组合导航系统，其中GPS/INS组合导航系统最为先进且应用最为广泛。而本发明主要是基于个人的GPS/INS组合导航系统。

本发明采用的技术方案为一种基于MEMS的INS/GPS组合的室内外个人导航算法，该方法的实现步骤如下，

(1)多步态零速检测算法

在捷联解算过程中，如果不对误差进行及时的修正，位置误差会以时间的三次方迅速发散，最终使导航功能丧失。人在正常行走过程中每走一步脚部与地面接触时都会有一个相对静止的瞬间，也称作是零速间隔。准确得检测零速间隔，并在零速间隔对误差实时修正可以有效抑制误差的累积效应。本方法采用加速度方差、陀螺比力模值相结合的自调节阈值的零速检测算法。通过一个基于平均加速度的滑动时间窗口，来判断行人运动的步态模式，根据行人的状态两种检测方法自调节选用合适的阈值。检测过程如下：

1)判断运动模式：

此时MTI的x轴与人体前进方向相同，计算x轴的基于时间窗口的平均加速度来判断运动模式，k时刻的x轴平均加速度为：依据平均加速度的大小作为行走状态的判断依据，根据行走的状态加速度方差的阈值(th_σa)和陀螺模值平方和的阈值(th_ω)分别选择不同的值。

2)在k时刻加速度方差和陀螺模值平方和的大小：

      σa2=12s+1Σj=k-sk+1(aj-a‾j)2---(1)]]>