近些年来，由于行人导航定位系统在现实中的广泛运用，它受到大家越来越多的重视

如平时的导航定位，查找和在紧急情况下抢救幸存者。人们对定位与导航的信息需求日益增多。

在实际应用中，有时需要一个能在室内和室外环境工作的个人导航系统，它不需要任何基础架构支持，不易受外界干扰。人体行走的位置跟踪通常需要由一个或多个发射器或接收器组成的装置或系统。典型的例子跟踪一般基于GPS，或者光学系统。在基于位置的服务（Location Based Service）中，如行人跟踪、导航等，定位是最基础的组成部分。由于 GPS 等卫星定位系统能够连续、实时和准确地提供行人位置信息，广泛应用于各个领域的定位导航中[1]。但是，这种基于卫星信号的有源导航定位系统需要外部辅助设备的支持，并利用此类外部设备传输卫星定位数据才能实现行人定位。换句话说，当外部设备无法满足卫星定位数据传输要求，或者外部设备出现破损时，就无法实现行人定位，另外，GPS 等卫星信号对周围环境有着苛刻要求，例如当行人位于室内环境中，卫星信号的传输路径由于多径干扰而出现混乱，也会被墙面、金属物体等遮挡吸收，导致行人定位信息无法获取，使得基于位置服务失去原有的功能。在室内环境下，GPS 无法使用，而基于无线通信的定位方式，需要预装设备。为此，国内外很多机构研究基于惯性传感器的局部定位方法，以适应室内陌生环境的需要，比如灭火、反恐、救援等。

人类的生活环境具有多样性，有简单的室内环境也有复杂的室外环境，为了随时随地地对人类进行跟踪，单一的室外导航系统不能满足人们的需求，室内外定位系统便具有了更高的商业价值。当今，市场上存在各种各样的导航设备，但仍存在多种问题：设备成本高、不易携带、导航精度低和适用范围窄等，所以人体行走定位系统有待进一步研究。

国内外很多大学和研究机构长期地致力于人体行走定位的研究主要集中在以下两类：第一类是基于各种无线网络[15]，如蓝牙定位技术、ZigBee 定位技术、超声波定位技术和射频识别定位技术等。蓝牙定位具有体积小的优点，但是在复杂环境下稳定性较差；ZigBee 定位技术的通信效率较高，成本低、功耗低；超声波定位技术利用超声波进行距离测量，对设备的要求较高；射频识别定位技术由于不具有通信能力，很难集成到系统中。另一类是基于惯性原理的人体定位系统[16]，它的基本思路是在人体上安装 MEMS 传感器，MEMS 传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计等，通过对 MEMS 传感器的输出数据进行分析，然后利用算法进行误差补偿，建立运动方程来对推算人体的位置、速度和姿态等信息。

在人体行走定位技术中，存在卫星信号衰减、消失导致失效以及行人高程值无法精确测量等问题。高精度行人定位和稳定性、室内外无缝定位以及低成本、易携带是人体行走定位技术的发展趋势。

2. 研究的基本内容与方案

主要内容如下：

（1）MEMS 传感器的姿态解算：主要介绍了基于四元数的姿态解算，首先介绍四元数的定义及运算，以及姿态解算的微分方程。

（2）人体行走的定位算法：本研究将 MEMS 传感器绑在人的脚上，所以传感器的运动状态是人体行走定位算法中的关键问题。但由于传感器存在漂移，这会造成很大的定位误差，采用适当的方法对误差进行估计和补偿能保证定位系统的高精度和稳定性。本研究将利用加速度和角速度建立行人运动模型，检测的运动状态，再利用零速更新（ZUPT）的概念，对速度进行校正，对人体位置进行准确的估计和及时的误差补偿。

（3）利用高度计进行高度校正：直接对速度进行积分得到的高度估计值有很大的误差，本文利用互补滤波器融合高度计的信息进行高度校正，极大地减少了估计误差。