基于泛在位置服務(wù)的可穿戴設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來(lái)可穿戴設(shè)備越發(fā)受到大眾的歡迎?？纱┐髟O(shè)備逐漸深入到協(xié)助人們管理時(shí)間和軌跡、優(yōu)化健身和健康、生活管理等各個(gè)方面，讓互聯(lián)網(wǎng)的普適化走上新的臺(tái)階。而且隨著近幾年來(lái)定位技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化的發(fā)展，基于位置的服務(wù)（LBS）已經(jīng)越來(lái)越引人關(guān)注，成為新興的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，并得到了快速的發(fā)展，而如何確定用戶的位置是實(shí)現(xiàn)LBS的關(guān)鍵所在。
　　目前，基于傳統(tǒng)的全球定位技術(shù)（GPS）和基站輔助定位技術(shù)已經(jīng)在可穿戴設(shè)備上

2、得到了廣泛應(yīng)用。但是由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)，當(dāng)人們?cè)陂_(kāi)闊的室外環(huán)境下時(shí)，GPS全球定位系統(tǒng)可提供較精確的定位服務(wù)。而在高樓密集的復(fù)雜城市環(huán)境下和建筑物內(nèi)部，由于可穿戴設(shè)備無(wú)法感知GPS衛(wèi)星信號(hào)，從而無(wú)法在這些場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)定位。但是這些場(chǎng)景都是人們的生活息息相關(guān)的，給人們的生活和工作帶來(lái)了極大的不便。所以人們迫切的希望能有一款智能可穿戴設(shè)備可以提供無(wú)時(shí)無(wú)刻、無(wú)處不在的位置服務(wù)，即泛在位置服務(wù)，使人們不在“迷失”在復(fù)雜的環(huán)境下。因此室

3、內(nèi)外無(wú)縫定位技術(shù)的研究越來(lái)越成為定位領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本課題在綜合研究全球定位系統(tǒng)、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在室內(nèi)外定位時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種基于IMU/GPS/磁力計(jì)的室內(nèi)外無(wú)縫導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)將慣性傳感器（陀螺儀、加速度計(jì)）、GPS、磁力計(jì)有效結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的定位技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境下的無(wú)縫導(dǎo)航定位。
　　論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　1、本課題首先對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、全球定位導(dǎo)航

4、系統(tǒng)的技術(shù)原理分別進(jìn)行了詳細(xì)的分析，進(jìn)而對(duì)GPS/SINS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究并對(duì)其建模。在工程背景下，針對(duì)戶外行人運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)GPS短時(shí)失效的情況下，提出了加入三軸姿態(tài)角作為外部觀測(cè)量的不完全約束條件來(lái)改善慣導(dǎo)單獨(dú)解算時(shí)的誤差積累，并對(duì)上述兩種算法分別進(jìn)行仿真驗(yàn)證了其正確性。
　　2、針對(duì)在室內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)，由于GPS信號(hào)完全失效，在傳統(tǒng)的行人航跡推算算法（PDR）的基礎(chǔ)上，提出了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器和對(duì)行人腳部站

5、姿狀態(tài)的檢測(cè)算法并且同時(shí)采用零速度修正（ZUPT）算法和零角速率修正（ZARU）來(lái)輔助IMU進(jìn)行姿態(tài)、位置、速度的實(shí)時(shí)修正的最優(yōu)估計(jì)行人航位推算算法，本文稱該算法為INS-EKF-ZUPT+，簡(jiǎn)寫(xiě)為IEZ+。并且通過(guò)多次行人室內(nèi)行走實(shí)驗(yàn)和仿真表明，基于IEZ+方案確實(shí)要比基于IEZ方案可以提供室內(nèi)更高的位置精度。
　　3、構(gòu)建了基于ARM為核心處理器的IMU/GPS/磁力計(jì)的泛在無(wú)縫導(dǎo)航定位系統(tǒng)的整體硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的嵌入式軟

6、件體系架構(gòu)設(shè)計(jì)；
　　4、對(duì)泛在無(wú)縫定位時(shí)的自動(dòng)切換策略進(jìn)行了研究。由于衛(wèi)星的運(yùn)行或用戶的移動(dòng)，使用戶接收到的衛(wèi)星數(shù)目或無(wú)線接入點(diǎn)發(fā)生變化的情況，此時(shí)就需要進(jìn)行切換定位模式，從而實(shí)現(xiàn)定位模式切換的平穩(wěn)過(guò)渡；
　　5、重點(diǎn)討論了組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的時(shí)間同步問(wèn)題，并提出了一種可行的時(shí)間同步方法，然后基于ARM設(shè)計(jì)完成了GPS/SINS時(shí)間同步系統(tǒng)；
　　6、實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析。即對(duì)本系統(tǒng)搭建的硬件平臺(tái)和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)