[发明专利]一种基于正反向滤波的惯性行人定位系统误差抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于正反向滤波的惯性行人定位系统误差抑制方法，属于行人定位技术领域。将惯性器件固定在行人脚部，根据测量得的加速度和角速度解算行人的定位信息；同时，定位系统检测并记录人脚部的运动状态，当脚部触地时，认为脚部处于“零速状态”，此时需储存加速度和角速度，零速状态结束后，计算零速区间长度；之后构造Kalman滤波器，对扩展后的零速区间内的数据进行正反向滤波，并利用滤波结果校正行人的定位信息，将补偿后的结果作为最终导航输出。本发明增强了不同运动速度下惯性行人定位系统的适用性，减小了因行人运动速度加快而导致的误差补偿不充分的问题，并且不需任何外界辅助信息就可提高定位精度，计算量小，简单易操作。

技术领域

本发明属于依托惯性传感器的行人定位技术领域，具体涉及一种基于正反向滤波的惯性行人定位系统误差抑制方法。

背景技术

惯性行人定位系统是一种利用以惯性组件为主的专用设备,可以为行人提供精确、实时位置信息。微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit，MIMU)是惯性行人定位系统中最常用的惯性器件，它的核心是组件是加速度计和陀螺仪。惯性行人定位系统是将MIMU直接安装在载体上，并将载体与行人足部固连，通过采集MIMU测量载体运动的线运动和角运动信息，经导航解算连续输出行人的速度、位置和姿态(俯仰角、横滚角、航向角)信息。由于惯性行人定位系统不需要任何外界信息，所以是一种全自主定位系统。由于其具有体积小、重量轻、易集成、无辐射等优点，在抢险救灾、单兵作战中等背景下具有极其重要的作用。但是，由于MIMU器件噪声的存在，系统定位误差随时间发散而不断增大，这是制约惯性行人定位系统长时间导航的重要因素之一。

为了提高系统定位精度，一方面可以提高惯性元件精度，但是由于受加工技术水平的限制，无限制的提高元件精度是很难实现的；另一方面就是采取惯性行人定位系统的误差抑制技术，自动抵消惯性器件的误差对系统精度的影响。这样就可以应用现有精度的惯性元件构成较高精度的惯性行人定位系统。

零速校正方法是一种惯性行人定位系统的误差自补偿方法，该方法通过实时检测行人脚部的运动状态，当脚部与地面存在相对运动时，对脚部的位置、速度、姿态信息(简称位姿信息)进行解算；当脚部与地面相对静止时，对脚部位姿信息进行解算与误差补偿，来抵消器件噪声对系统的影响，进而提高系统定位精度。虽然零速校正方法能够较好的抑制行人正常行进时定位误差的发散，但是当行人行进速度加快时，由于脚部与地面相对静止时间缩短(约为0.05秒)，即零速区间缩短，进而导致零速校正时间短，进而无法完全补偿定位误差，导致定位精度显著下降，无法满足行人定位的需求。