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Paper: 基于UWBIMU融合的室内定位与导航技术研究1
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2022-08-03
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摘要I目 录 V表目录 X第 1 章绪论 11.1研究背景与意义 11.2国内外研究现状 21.2.1UWB 定位的研究现状 21.2.2惯性导航的研究现状 3
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硕士学位论文
基于 UWB/IMU 融合的室内定位与导航技术研究
作者:追风少年
基于 UWB/IMU 融合的室内定位与导航技术研究:摘要
I
摘 要
现如今,室内定位技术在诸如无人机、目标跟踪、虚拟现实(VR)/增强实现
(AR)、扫地机器人、服务机器人、无人驾驶等领域占据越来越重要的地位。准确
的位置服务,可以为运动目标提供位姿信息及环境感知能力,引导其完成自动的
路径规划。因此,室内高精度定位技术的研究成为一个重要课题。
室内定位技术存在的技术缺陷在于,单一的定位系统无法达到实际的应用要
求,或精度不够、或应用场景受限、或稳定性不足、或因成本昂贵无法普及等。
为解决这一技术难题,本论文开展基于 UWB(Ultra Wideband,超宽带)测距和惯
性导航系统组合定位关键技术研究,并给出定位系统工程实施的一些想法和建议。
为了实现多传感器融合,本文首先分析了单一定位系统的特征与固有缺陷,然后
针对不同应用场景设计状态估计模型,包括多基站无线定位与惯性导航的卡尔曼
滤波算法、单基站与行人航迹推算系统的图优化模型等。下面按章节层次描述:
第一、论证场景内 UWB 基站部署个数、空间布局对于位置误差的影响,并
就实际部署系统给出指导性方法和建议;
第二、对于低成本微机电系统的惯性测量单元,提出简单有效的参数标定方
法,如静态零偏、噪声成分分析等;
第三、研究基于 UWB 测距和惯性导航组合定位的卡尔曼滤波模型,并对比
可扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波性能,实现了定位系统非视距判别和自适应
滤波;
第四、 研究单基站与脚安装(Foot-Mounted)的行人航迹推算系统组合定位关
键算法,该算法使用零速率更新和步态分割将惯性导航系统转化为里程测量,并
使用图优化模型对其校正,基本实现二维的位置服务。
关键词:UWB 定位、惯性导航、卡尔曼滤波器、图优化
硕士学位论文
基于 UWB/IMU 融合的室内定位与导航技术研究
作者:追风少年
基于 UWB/IMU 融合的室内定位与导航技术研究:摘要
II
基于 UWB/IMU 融合的室内定位与导航技术研究:Abstract
III
Abstract
Nowadays, indoor positioning technology have become more and more popular
in areas such as sweeping robots, service robots, unmanned (intelligent parking),
VR/AR, pedestrian tracking and unmanned aerial vehicles. Highly accurate location
technology can provide moving target for pose used to explore unknown
environments and complete the automated track or planning. Therefore, studying
issues about indoor high-precision location is so important.
The challenge of indoor location is that single-method positioning system cannot
meet requirements of actual application. The reason maybe is that not enough location
accuracy, or limited application scenarios, or lack of stability, or the high expense and
so on. In order to solve the shortcomings, the paper carries out research on key
technologies of location information fusion combining UWB (Ultra Wideband)
ranging with inertial navigation system and also gives some ideas for the
implementation of engineering system. To realize multi-sensor fusion, we firstly
analyzes the characteristics and inherent defects of single-method positioning system,
and then designs the state estimation model for different scenarios including nonlinear
Kalman filter algorithm for system consisting of multi-anchor ranging and inertial
navigation, and optimization model for system consisting of single-anchor ranging
and pedestrian dead reckoning(PDR). The following description in detail:
Firstly, demonstrate how the number and spatial layout of anchors deployed in
the scenarios impact of location error, and then give instructional recommendations
about actual deployment;
Secondly, put forward a simple and effective parameter calibration method, such
as static zero bias calibration, noise component analysis for low-cost
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) inertial sensor;
Thirdly, study Kalman filter based on UWB ranging and inertial navigation
system, and compare the performance of Extended Kalman filter(EKF) to unscented
Kalman filter(UKF), and realized non-line-of-sight(NLOS) discrimination and
adaptive filtering.
Fourthly, study the key algorithm of single-anchor and Foot-Mounted PDR
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王向庄
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