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新型MEMS-IMU/Wi-Fi组合室内行人定位算法
1
作者 朱明红 于飞 +2 位作者 金明 刘娟 王振鹏 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第3期609-617,共9页
为有效利用智能手机中的微机电惯性测量器件,本文研究一种新型集成策略,通过有效结合微机电惯性测量和Wi-Fi的数据直接估算行人的位置。基于行人航位推算法建立相对参考坐标系的位置推算模型;将惯性测量单元中陀螺仪的输出直接作为观测... 为有效利用智能手机中的微机电惯性测量器件,本文研究一种新型集成策略,通过有效结合微机电惯性测量和Wi-Fi的数据直接估算行人的位置。基于行人航位推算法建立相对参考坐标系的位置推算模型;将惯性测量单元中陀螺仪的输出直接作为观测值,同时定频采用无线网的位置数据进行校正,设计扩展卡尔曼滤波算法估算行人的实时位置坐标;设计运动轨迹,采集手机传感器和无线信号接入点的数据对该算法进行了有效性和可行性验证。研究结果表明:采用微机电惯性测量器件和无线网组合定位时,位置误差会小于惯性测量单元单独定位时的误差,可见Wi-Fi信息可辅助微电子机械系统惯性传感器更精确地完成室内行人导航定位任务。 展开更多
关键词 室内行人定位 微机电惯性测量器件 无线传输系统定位 行人航位推算 组合定位 独立建模 扩展卡尔曼滤波 直接法卡尔曼滤波
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基于改进LSTM网络的无人机MEMS-IMU零偏在线标定方法 被引量：2
2
作者 程向红 吴昕怡 +1 位作者 刘丰宇 钟志伟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期213-218,共6页
针对在卫星信号拒止、视觉系统退化场景中无人机MEMS-IMU零偏无法准确估计并补偿导致导航误差迅速发散的问题,提出一种基于改进长短时记忆(LSTM)网络的零偏在线标定方法。首先,为解决MEMS-IMU零偏数据非线性强、传统循环时间网络训练效... 针对在卫星信号拒止、视觉系统退化场景中无人机MEMS-IMU零偏无法准确估计并补偿导致导航误差迅速发散的问题,提出一种基于改进长短时记忆(LSTM)网络的零偏在线标定方法。首先,为解决MEMS-IMU零偏数据非线性强、传统循环时间网络训练效果差的问题,设计序列到序列的LSTM神经网络结构,引入教师强迫机制,提高了网络特征学习能力。然后,在导航过程中使用训练后的网络对MEMS-IMU零偏在线标定,补偿后的IMU量测与视觉信息联合优化,保证了导航定位精度。实验结果表明,在纯惯性导航实验中,所提方法的绝对位置误差比传统LSTM方法减小了6.5%;在EUROC数据集下进行的视觉惯性组合导航实验中,所提方法的平均绝对位置误差比传统LSTM方法减小了15%。 展开更多
关键词 无人机导航定位 微惯性测量单元 在线标定 长短时记忆神经网络
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9轴MEMS-IMU实时姿态估算算法 被引量：10
3
作者 张金艺 徐德政 +2 位作者 李若涵 陈兴秀 徐秦乐 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期547-559,共13页
随着对微机电系统一惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement unit,MEMS-IMU)在室内定位、动态追踪等应用领域中的需求日益迫切,使得具有高精度、低成本和实时性的MEMS-IMU模块设计成为研究热点.针对MEMS-IM... 随着对微机电系统一惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement unit,MEMS-IMU)在室内定位、动态追踪等应用领域中的需求日益迫切,使得具有高精度、低成本和实时性的MEMS-IMU模块设计成为研究热点.针对MEMS-IMU的核心技术——姿态估算进行研究,设计了一种基于四元数的9轴MEMS-IMU实时姿态估算算法.该算法运用分解四元数算法处理加速度和磁感应强度数据,计算出静态四元数;通过角速度与四元数的微分关系估算动态四元数;运用卡尔曼滤波融合动、静态四元数,进而实现实时姿态估算.针对分解四元数算法中存在的奇异值问题,提出了转轴补偿方法对其修正,以实现全姿态估算;考虑动态情况下的非线性加速度分量对姿态估算精度的影响,设计了R自适应卡尔曼滤波器,以进一步提高姿态估算算法的精度.验证结果表明,R自适应卡尔曼滤波器能够有效抑制加速度噪声,提高姿态估算精度;同时,转轴补偿-分解四元数算法能够准确估算奇异值点的姿态信息,并且计算时间仅为原"借角"补偿方法的50%左右,有效提高了整体算法的实时性. 展开更多
关键词 微机电系统-惯性测量单元 姿态估算 分解四元数算法 奇异值补偿 卡尔曼滤波
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基于MEMS-IMU的动态大失准角STUKF算法 被引量：7
4
作者 顾元鑫 吴文启 王茂松 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期861-869,共9页
针对微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)器件零偏误差大以及传统滤波算法在动态大失准角情况下姿态估计精度差、误差收敛慢的情况,提出了一种状态变换无迹卡尔曼滤波(STUKF)算法。首先,建立了旋转矢量非线性姿态误差模型。然后,通过误差状态... 针对微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)器件零偏误差大以及传统滤波算法在动态大失准角情况下姿态估计精度差、误差收敛慢的情况,提出了一种状态变换无迹卡尔曼滤波(STUKF)算法。首先,建立了旋转矢量非线性姿态误差模型。然后,通过误差状态变换构建了考虑姿态误差的速度误差状态,使速度误差微分方程中的比力相关项转换成了相对稳定的重力项,避免了无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在剧烈角运动、线运动应用场景中计算的误差状态方差与实际不一致的情况。最后,以小型无人船载MEMS-IMU/卫星组合航姿系统为应用场景,经数学仿真及三轴模拟转台实验验证,以速度、位置信息为观测量,在动态大失准角情况下,STUKF姿态误差的估计精度及收敛速度优于UKF和状态变换扩展卡尔曼滤波算法(STEKF)。在三轴转台实验中,在精对准900 s后,STUKF的航向角估计误差收敛到1°(1σ)以内,优于UKF的2°(1σ)及STEKF的3°(1σ)。 展开更多
关键词 微机电惯性测量单元 大失准角 状态变换 无迹卡尔曼滤波
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基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计 被引量：7
5
作者 杨文华 石存杰 +2 位作者 秦洪武 王启唐 李正盛 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第1期121-124,共4页
为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中... 为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。 展开更多
关键词 汽车姿态 微机电系统 微惯性测量单元 标定 误差模型
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运动分类步频调节的微机电惯性测量单元室内行人航迹推算 被引量：18
6
作者 李若涵 张金艺 +2 位作者 徐德政 陈兴秀 徐秦乐 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期612-623,共12页
行人航迹推算(pedestrian dead reckoning,PDR)作为一种新兴的导航定位方法,因其不易受外界环境因素影响而受到广泛关注.针对室内行人航迹推算,采集并分析了微机电惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement u... 行人航迹推算(pedestrian dead reckoning,PDR)作为一种新兴的导航定位方法,因其不易受外界环境因素影响而受到广泛关注.针对室内行人航迹推算,采集并分析了微机电惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement unit,MEMS-IMU)数据,设计了运动分类的区间对称步频检测,并建立了步频调节的步长估计模型,最后提出了运动分类步频调节的MEMS-IMU室内行人航迹推算,从而实现较精准的定位.针对不同个体,对步频调节的步长估计模型进行个性化标定,以进一步提高室内行人航迹推算性能.验证结果表明:与传统峰值非线性方法相比,运动分类步频调节的MEMS-IMU室内行人航迹推算的定位误差降低了32.6%,使短距离室内行人航迹推算在无其他定位技术支持的情况下具有较高精度. 展开更多
关键词 室内行人航迹推算 微机电惯性测量单元 步频 步长 运动分类
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MEMS技术发展现状及未来发展趋势 被引量：20
7
作者 秦雷 谢晓瑛 李君龙 《现代防御技术》 北大核心 2017年第4期1-5,23,共6页
MEMS技术作为一门多学科高度交叉的前沿学科领域,在近些年来得到迅速发展,在航空、航天、生物技术等领域都有广泛的应用。该技术可实现优质高产低耗,大大提高系统的可靠性和智能化功能,已经成为电子领域活跃的发展方向之一。论述了MEMS... MEMS技术作为一门多学科高度交叉的前沿学科领域,在近些年来得到迅速发展,在航空、航天、生物技术等领域都有广泛的应用。该技术可实现优质高产低耗,大大提高系统的可靠性和智能化功能,已经成为电子领域活跃的发展方向之一。论述了MEMS微系统技术的重要性,从微感知与微控制、微流动控制、微惯性测量装置、微型飞行器、可穿戴和可植入式装备、纳机电谐振器、扫描隧道显微镜等七大方面分别论述MEMS微系统技术发展现状,并对该技术进行了展望,以期对未来发展并应用该技术具有借鉴意义。 展开更多
关键词 微机电系统 微感知 微控制 微型飞行器 纳机电系统 惯性测量装置
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重构小波阈值的微机电系统-惯性测量单元降噪处理 被引量：9
8
作者 王晓初 周思杰 +1 位作者 王义 张思华 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第20期8509-8514,共6页
针对随机误差对微机电系统-惯性测量单元(micro electro mechanical systems-inertial measurement unit,MEMS-IMU)输出数据精度的影响,利用离散小波变换可降噪的特点,对MEMS-IMU数据进行降噪处理。在小波降噪过程中,阈值的估计以及阈... 针对随机误差对微机电系统-惯性测量单元(micro electro mechanical systems-inertial measurement unit,MEMS-IMU)输出数据精度的影响,利用离散小波变换可降噪的特点,对MEMS-IMU数据进行降噪处理。在小波降噪过程中,阈值的估计以及阈值函数的选取直接关系到降噪的质量,构建一个新的阈值函数,通过调节阈值函数中的比例因子,解决传统多重小波分解重构在降噪方面的不足。实测数据的处理结果表明:在小波降噪过程中,新的阈值函数能够有效抑制MEMS-IMU中随机误差的影响,与传统小波降噪相比,新的阈值函数降噪后,信号具有更佳的平滑度,能够有效提高捷联惯性导航系统的定位定姿精度。 展开更多
关键词 微机电系统-惯性测量单元(mems-imu) 离散小波变换 小波降噪 阈值函数
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现代军用MEMS惯性传感器技术进展 被引量：8
9
作者 李红光 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第8期4-7,共4页
现代化军事需求小型惯性传感器。技术已成熟的惯性导航和制导系统包括机械陀螺、环形激光陀螺(RLGs)、光纤陀螺(FOGs)以及半球共振陀螺(HRGs)。现在主要用于军事的还有微机电系统(MEMS)陀螺仪和加速计。采用光子晶体光纤(PCFs)的干涉光... 现代化军事需求小型惯性传感器。技术已成熟的惯性导航和制导系统包括机械陀螺、环形激光陀螺(RLGs)、光纤陀螺(FOGs)以及半球共振陀螺(HRGs)。现在主要用于军事的还有微机电系统(MEMS)陀螺仪和加速计。采用光子晶体光纤(PCFs)的干涉光纤陀螺(IFOGs),即PC—IFOGs。重点阐述MEMS/集成光(IO)波导惯性传感器技术进展。分析小型陀螺仪和加速计技术发展前景及在未来快速反应,精确打击中的作用。 展开更多
关键词 微电子机械系统 惯性传感器 MEMS陀螺 MEMS加速计 MEMS惯性测量仪 小型惯性测量仪 集成光波导陀螺
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MEMS惯性测量单元航姿更新中的测量误差估算方法 被引量：7
10
作者 马江华 林炜轩 +1 位作者 万美琳 王德志 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期775-780,共6页
利用MEMS惯性测量单元测量载体的航姿,需要借助精密转台且较难精确估算测量误差,导致成本高误差大。针对该问题,该文利用卡尔曼滤波器在线估算载体的姿态和陀螺仪的偏置,提出一种优化航姿精度的测量误差估算方法。通过推导测量误差的数... 利用MEMS惯性测量单元测量载体的航姿,需要借助精密转台且较难精确估算测量误差,导致成本高误差大。针对该问题,该文利用卡尔曼滤波器在线估算载体的姿态和陀螺仪的偏置,提出一种优化航姿精度的测量误差估算方法。通过推导测量误差的数学模型,分析航姿精度随测量误差变化的关系,得到最优航姿时的测量误差值。采用一种MEMS惯性测量单元,测试载体沿任意轨迹匀速运动5 min的航姿。实验结果表明优化后载体的航姿与参考航姿保持一致,且最后静止时段载体的俯仰角、横滚角和航向角仅偏离参考航姿0.008°,0.006°和0.6°。 展开更多
关键词 自主定位 MEMS惯性测量单元 航姿精度 测量误差
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