基于泛在位置服務的可穿戴設計與驗證.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網行業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來可穿戴設備越發(fā)受到大眾的歡迎?？纱┐髟O備逐漸深入到協(xié)助人們管理時間和軌跡、優(yōu)化健身和健康、生活管理等各個方面，讓互聯(lián)網的普適化走上新的臺階。而且隨著近幾年來定位技術大規(guī)模商業(yè)化的發(fā)展，基于位置的服務（LBS）已經越來越引人關注，成為新興的移動互聯(lián)網產業(yè)，并得到了快速的發(fā)展，而如何確定用戶的位置是實現(xiàn)LBS的關鍵所在。
　　目前，基于傳統(tǒng)的全球定位技術（GPS）和基站輔助定位技術已經在可穿戴設備上

2、得到了廣泛應用。但是由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)自身的技術特點，當人們在開闊的室外環(huán)境下時，GPS全球定位系統(tǒng)可提供較精確的定位服務。而在高樓密集的復雜城市環(huán)境下和建筑物內部，由于可穿戴設備無法感知GPS衛(wèi)星信號，從而無法在這些場景中實現(xiàn)定位。但是這些場景都是人們的生活息息相關的，給人們的生活和工作帶來了極大的不便。所以人們迫切的希望能有一款智能可穿戴設備可以提供無時無刻、無處不在的位置服務，即泛在位置服務，使人們不在“迷失”在復雜的環(huán)境下。因此室

3、內外無縫定位技術的研究越來越成為定位領域的熱點和難點。
　　本課題在綜合研究全球定位系統(tǒng)、捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)在室內外定位時的優(yōu)缺點，提出了一種基于IMU/GPS/磁力計的室內外無縫導航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)將慣性傳感器（陀螺儀、加速度計）、GPS、磁力計有效結合起來，取長補短，充分發(fā)揮各自的定位技術優(yōu)勢，從而實現(xiàn)室內外環(huán)境下的無縫導航定位。
　　論文的主要研究內容和創(chuàng)新如下：
　　1、本課題首先對捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)、全球定位導航

4、系統(tǒng)的技術原理分別進行了詳細的分析，進而對GPS/SINS組合導航定位系統(tǒng)進行了深入研究并對其建模。在工程背景下，針對戶外行人運動時，當GPS短時失效的情況下，提出了加入三軸姿態(tài)角作為外部觀測量的不完全約束條件來改善慣導單獨解算時的誤差積累，并對上述兩種算法分別進行仿真驗證了其正確性。
　　2、針對在室內進行導航定位時，由于GPS信號完全失效，在傳統(tǒng)的行人航跡推算算法（PDR）的基礎上，提出了一種基于擴展卡爾曼濾波器和對行人腳部站

5、姿狀態(tài)的檢測算法并且同時采用零速度修正（ZUPT）算法和零角速率修正（ZARU）來輔助IMU進行姿態(tài)、位置、速度的實時修正的最優(yōu)估計行人航位推算算法，本文稱該算法為INS-EKF-ZUPT+，簡寫為IEZ+。并且通過多次行人室內行走實驗和仿真表明，基于IEZ+方案確實要比基于IEZ方案可以提供室內更高的位置精度。
　　3、構建了基于ARM為核心處理器的IMU/GPS/磁力計的泛在無縫導航定位系統(tǒng)的整體硬件架構設計以及相應的嵌入式軟

6、件體系架構設計；
　　4、對泛在無縫定位時的自動切換策略進行了研究。由于衛(wèi)星的運行或用戶的移動，使用戶接收到的衛(wèi)星數(shù)目或無線接入點發(fā)生變化的情況，此時就需要進行切換定位模式，從而實現(xiàn)定位模式切換的平穩(wěn)過渡；
　　5、重點討論了組合導航系統(tǒng)中的時間同步問題，并提出了一種可行的時間同步方法，然后基于ARM設計完成了GPS/SINS時間同步系統(tǒng)；
　　6、實驗測試與結果分析。即對本系統(tǒng)搭建的硬件平臺和相應的系統(tǒng)軟件平臺進行實