高自主性室內(nèi)定位系統(tǒng)研究及仿真

趙 賓（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，南京 211156）

高自主性室內(nèi)定位系統(tǒng)研究及仿真

趙 賓
（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，南京 211156）

本文研究基于MEMS傳感器的室內(nèi)定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一種完全自主無(wú)盲區(qū)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示終端的高自主性室內(nèi)定位系統(tǒng)，本系統(tǒng)為基于微慣性傳感器的室內(nèi)定位提供了一種簡(jiǎn)單而有效的方法，并可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

室內(nèi)定位系統(tǒng)；自主性；MEMS

0　引言

在現(xiàn)實(shí)生活中，越來(lái)越多的場(chǎng)景需要使用到室內(nèi)定位技術(shù)。市場(chǎng)上具有導(dǎo)航定位功能的產(chǎn)品主要依靠GPS系統(tǒng)，而GPS信號(hào)對(duì)環(huán)境較敏感，在室內(nèi)環(huán)境中信號(hào)會(huì)被遮擋而嚴(yán)重影響定位結(jié)果。本文設(shè)計(jì)了一種基于微慣性傳感器的定位導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)解決上述缺陷，具有重要的實(shí)際意義和實(shí)用價(jià)值。

1　定位原理及軟件設(shè)計(jì)

本文采用C語(yǔ)言對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法進(jìn)行仿真分析，其中姿態(tài)解算為四元素法。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)航跡解算得到加速度計(jì)和陀螺儀信息，傳遞給定位算法進(jìn)行解算得到定位結(jié)果，并與標(biāo)準(zhǔn)航跡進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證算法的精度。經(jīng)仿真，本定位算法在理論上具有足夠的精度，可進(jìn)一步與硬件平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。

圖1　定位算法精度驗(yàn)證框圖

2　硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)下位機(jī)傳感器測(cè)量模塊為MPU-6050 MEMS傳感器，是由三軸MEMS加速度計(jì)與三軸MEMS陀螺儀構(gòu)成的微慣性測(cè)量單元，實(shí)時(shí)測(cè)量得到傳感器信息，包括加速度和角速度信息。傳感器數(shù)據(jù)由串口從下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送，上下位機(jī)之間直接通過(guò)電纜進(jìn)行連接。通過(guò)對(duì)MEMS芯片的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，對(duì)整個(gè)硬件框架進(jìn)行修改與完善，搭建完成了一個(gè)完整的硬件平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，編寫串口和數(shù)據(jù)處理程序，對(duì)數(shù)據(jù)的接收和處理進(jìn)行調(diào)試，完成數(shù)據(jù)的接收和處理。

3　系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)

圖2　室內(nèi)定位系統(tǒng)聯(lián)調(diào)結(jié)果

在上述算法驗(yàn)證和硬件搭建的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，將硬件平臺(tái)采集到的IMU數(shù)據(jù)傳送到定位軟件中進(jìn)行解算得到定位結(jié)果，并基于MFC實(shí)現(xiàn)定位結(jié)果的可視化顯示，進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像實(shí)時(shí)的顯示。原始傳感器數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)同時(shí)以文件的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，方便用戶后期分析使用。

4　小結(jié)

本文調(diào)試完成室內(nèi)定位系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備，滿足實(shí)時(shí)性要求，并實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)友好的人機(jī)交互界面，定位數(shù)據(jù)和信息的圖形顯示，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］楊輝.基于MEMS傳感器的高精度行人導(dǎo)航算法研究［D］.廈門大學(xué)，2014.

［2］萬(wàn)駿煒，曾慶化等.行人慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2014，32（2），45-47.

［3］錢偉行，朱欣華.基于足部微慣性/地磁測(cè)量組件的個(gè)人導(dǎo)航方法［J］.中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，20（5），567-572.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.202

趙賓（1985-），女，江蘇徐州人，碩士，講師，主要從事民航電子電氣方面的研究。