【摘 要】
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蓝牙/INS的室内组合导航系统具有低成本、精度适中的优点。网络通信中,按照距离可将无线通信技术划分为近距离和远距离无线通信。其中,近距离无线通信包括NFC、ZigBee、蓝牙、WiFi和UWB等。在这些无线通信技术中,蓝牙具有低成本低功耗的特点,在室内定位研究中比较热门。常见的蓝牙版本有3.0的传统蓝牙（SPP协议）与4.x/5.x的低功耗蓝牙（BLE协议）。新版本蓝牙技术不仅在低功耗方面有较大突
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蓝牙/INS的室内组合导航系统具有低成本、精度适中的优点。网络通信中,按照距离可将无线通信技术划分为近距离和远距离无线通信。其中,近距离无线通信包括NFC、ZigBee、蓝牙、WiFi和UWB等。在这些无线通信技术中,蓝牙具有低成本低功耗的特点,在室内定位研究中比较热门。常见的蓝牙版本有3.0的传统蓝牙（SPP协议）与4.x/5.x的低功耗蓝牙（BLE协议）。新版本蓝牙技术不仅在低功耗方面有较大突破,而且在传输速率和连接速度上有很大的提升。同时新协议加入了对定位技术和寻向技术的支持,有望结合其它的导航功能实现更精准的室内定位系统。本文采用蓝牙BLE5.0技术,使用蓝牙接收信号强度（RSSI）作为测距定位基础,融合INS系统估计的航姿信息,基于JDY24M国产芯片和ICM20602以及磁传感器,进行蓝牙/INS组合定位系统的设计与研究分析。该系统具有较高精度、高实时性以及短时抗干扰能力强等特点,能在室内场景中提供可靠的定位导航服务。本文对组合定位系统的研究主要包含系统硬件和底层驱动代码实现编写、上位机及仿真程序编写、蓝牙信号强度信息获取及组合导航定位算法的仿真与实现。本文以室内导航为目标,研究高效便携式室内导航系统的相关设计、实现及其应用的技术问题,研究内容主要有如下几个方面:（1）分析了蓝牙定位系统的工作原理,介绍了基于蓝牙的定位方法,并对基于RSSI的距离测量方法进行了优化。分析了误差来源,以及不同的滤波处理对于蓝牙信号定位的影响。介绍了航姿估计中INS系统的9轴传感器的误差以及姿态融合模型,分析了不同的姿态解算算法。（2）讨论了蓝牙测量的位置信息与INS预测的位置信息的融合方法,建立了组合定位系统的算法仿真模型,设计了动态加权系统的梯度下降方法加快INS系统的收敛,在蓝牙信号异常或丢失的情况下仍然能够保持一定时间的准确定位。基于梯度下降法设计了优化的姿态位置导航算法,有效降低算法需要的硬件平台性能要求,满足低功耗嵌入式芯片对运算速度和效果的要求。（3）开发了基于NMEA/PNI协议的上位机操作软件及数据可视化软件系统,该系统能对高速率传感器数据进行长时间存储、实时回放及在线检测和演示的上位机系统。通过仿真实验,验证了算法的性能及稳定性并对结果进行分析。设计并实现了简易有效的室内导航测试平台,搭建了实验平台,基于梯度下降—卡尔曼滤波的组合导航方法,初步验证了蓝牙/INS定位系统。
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