山东协和学院 山东济南 250107
摘要：基于惯性测量组件足部安装方式的行人导航系统，以捷联惯性导航为主提供导航信息，通过行人足部运动信息进行零速检测触发基于卡尔曼滤波的零速修正，补偿导航系统误差，并结合磁传感器提供行人初始姿态信息，通过四元数算法提供行人行进过程中的姿态信息。上述方案可以解决在GPS信号受屏蔽或严重受损无法进行行人定位的问题。
关键词：零速修正；卡尔滤波器；微惯性行人导航
一、微惯性行人导航算法研究
惯性导航系统由三部分组成：
1、惯性测量装置，包括陀螺仪、加速度计（简称加表）、磁传感器。
2、人工的物理平台和计算机模拟数字平台为两种惯导平台，加速度计上的信息由惯导平台的陀螺仪模拟和跟踪导航坐标系，传输到坐标系上，载体即时的姿态与位置信息即可计算或模拟出。
3、导航计算机，平台跟踪回路的指令角速度可由导航解算计算。
捷联惯性导航解算主要包括为两个部分：对于姿态矩阵的解算和导航解算，也就是对数字平台的解算和对位置速度的解算。以东北天指向的地理坐标系作为导航坐标系。
系统启动后在静态条件下，利用加速度信息，通过水平自对准得到足部惯性传感组件的初始横滚角与俯仰角，并通过磁强计的信号输出至导航计算机，结合初始横滚角与俯仰角得到足部惯性/地磁传感组件的初始航向角，进而获得初始姿态角；基于足部惯性/地磁传感组件中的三轴陀螺仪数据，采用四元数法进行姿态解算；把基于足部的惯性传感器组件中的三轴加速度计原始输出通过姿态转移矩阵转换到导航坐标系中，解算出人体足部在地理系中的速度，通过行进中的速度在导航坐标系中的投影，进一步求得人体的位置信息。
零速检测算法
常见的行人步态检测方法包括零速检测，峰值检测和交叉检测。传统的零速检测方法是设置一个滑动窗口，以读取随时间变化的加速度数据，计算滑动窗口中加速度的方差，并将其与预设阈值进行比较。如果该值大于阈值，则确定其处于运动状态，否则处于静止状态。然而这种方法有一定缺陷。首先，预设的加速度阈值单一，并且其对不同运动状态的适应性不强。其次，当测量数据出现波动，具有异常值等情况时，稳定性不足。
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大学生创新创业训练计划项目，项目名称：基于深度学习和多源信息融合的高层建筑消防人员定位系统开发，项目编号：202113324517
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