[发明专利]基于多信息融合补偿的行人高精度足部导航方法

说明书

本发明公开了一种基于多信息融合补偿的行人高精度足部导航方法，实时采集陀螺仪和加速度计的原始测量数据，初始陀螺仪的误差补偿为零，加速度计的误差补偿也为零，通过捷联惯性导航解算算法进行捷联解算；在上述基础上，构建卡尔曼滤波器修正模型进行滤波修正，状态方程一致，而量测方程随多维量测信息动态调整，在不同的多维信息检测下，构建对应的算法，量测方程实时变换，估计、修正导航定位结果误差和传感器误差，返回陀螺仪的误差补偿和加速度计的误差补偿；最后输出导航定位结果，即行人的位置、速度、姿态；采用低精度的消费级传感器芯片及磁传感器，解决了无全球卫星导航定位系统GNSS环境下高精度行人定位问题及高长时航向发散问题。

技术领域

本发明涉及一种高精度行人足部导航算法，尤其涉及一种基于多信息融合补偿的行人高精度足部导航方法，属于行人导航技术领域。

背景技术

目前，针对行人导航技术的研究主要分为以下几类：无线感知、模式识别、惯性传感器。其中无线感知技术需要部署额外射频设备，包括WIFI、UWB等，适用范围较窄、信号容易受到遮挡、成本较高；而惯性传感器具有自主、不受外界干扰、成本较低的特点，适合广泛运用。但是低成本的惯性传感器误差较大，如果不进行补偿或其他手段辅助，几秒范围内将会造成米级以上的误差。本专利提出利用多信息融合补偿机制，设计一种基于惯导系统的零速卡尔曼滤波算法，研究行人初始静态下磁航向稳定性的航向误差自观测算法，研究行人运动状态下的零速航向误差自观测算法，研究基于地磁匹配与捷联惯性导航算法的融合算法，保证了行人高长时下的高精度和高可靠性。本方法适用于行人导航，解决无全球卫星导航定位系统GNSS环境下的高精度行人定位，利用低成本传感器可实现行人高长时自主定位，具有较高的工程应用和商业价值。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是采用低精度的惯性传感器与磁传感器设计一种适用于行人高精度足部导航的多信息融合补偿算法。

技术方案：

一种基于多信息融合补偿的行人高精度足部导航方法，其特征在于：实时采集陀螺仪和加速度计的原始测量数据，初始陀螺仪的误差补偿为零，加速度计的误差补偿也为零，通过捷联惯性导航解算算法进行捷联解算；在上述基础上，构建卡尔曼滤波器修正模型进行滤波修正，状态方程一致，而量测方程随多维量测信息动态调整，在不同的多维信息检测下，构建对应的算法，量测方程实时变换，估计、修正导航定位结果误差和传感器误差，返回陀螺仪的误差补偿和加速度计的误差补偿；最后输出导航定位结果，即行人的位置、速度、姿态；

当只有零速检测成功时，采用伪量测信息构建基于零速卡尔曼滤波修正模型算法；当有零速检测成功和初始磁航向误差自观测时，构建行人初始静止状态下磁航向误差自观测算法；当有零速检测成功和动态状态下零速航向误差自观测时，构建行人运动状态下零速航向误差自观测算法；当有零速检测成功、运动状态下零速航向误差自观测和地磁匹配时，构建基于地磁匹配和捷联惯性导航解算算法的融合算法，其中每个算法的状态方程和量测方程共同作用构建了卡尔曼滤波器修正模型。

进一步地：所述捷联惯性导航解算算法如下：

惯性传感器由加速度计与陀螺仪组成，加速度计获取运动载体的比力信息，通过一次积分可以获得速度，通过二次积分可以获得位置；陀螺仪测量机体系相对于惯性系的角速度，通过一次积分可以获得角度；最基本的捷联惯性导航解算算法包括姿态解算、速度解算、位置解算；于是由下列公式计算姿态、速度、位置：