题目：基于冗余配置的MIMU组合导航系统设计与实现

本文围绕冗余配置的微机械惯性测量单元MIMU(Micro-Mechanical Inertial Measurement Unit，MIMU)，研究了冗余配置方案和数据应用方法，设计提出了基于MIMU的行人组合定位算法，实现了小体积、低成本、轻重量和电磁兼容的脚部动作识别无线传感模块和基于冗余配置MIMU的组合导航系统。研究了冗余配置方法，设计了正交冗余配置MIMU；对低频冗余采样数据通过插值构建更细致反映运动信息的高频采样序列；使用无依托标定方法对加速度计、陀螺安装误差、零偏和刻度因素进行标定；设计了基于实时方差和历次方差的自适应加权方法，进行数据融合，取得了较好的效果。设计了MIMU置于行人腰部的惯性定位算法，设计了捷联/倾角仪姿态融合算法，捷联/磁罗盘航向融合算法。采用过零检测法进行步态识别，识别准确率达98%以上。引入捷联/步长组合定位思想，利用步长约束速度进行航迹递推，避免速度的发散。设计了MIMU置于行人脚部的定位算法。基于加速度信息进行步态识别，识别准确率达95%以上；其次，利用腰部和脚部双系统来获取融合航向；利用零速校正，截断误差积累，最终实现三维空间定位。以MSP430F247为处理单元设计了脚部动作识别无线传感模块，对系统进行小型化、低功耗和电磁兼容设计，针对动作识别实时性问题，设计快速滤波算法；针对加速度计零偏时变性特点，设计了零偏自适应标定算法；通过大量实验，设置判断条件，提高动作识别准确度，最终完成样机尺寸为23.9*34.2*1.1mm，功耗电流小于5mA，传输距离不低于20米，动作识别准确率达到98%以上。以SmartFusion为核心处理器，采用低成本微机械惯性传感器L3G4200D和KXR94，磁阻传感器HMC5843，设计了冗余配置的MIMU，结合新型无线通信传输ZigBee技术，完成了体积仅为45*45*23mm，重量不足100g，成本低于600元，具有数据无线发送功能的组合导航系统硬件电路设计和实现。