Wearable-Based pedestrian localization through fusjon of inertial sensor measurements

Hoy en día existe una gran demanda de sistemas de navegación personales integrados en servicios como gestión de desastres para personal de rescate. También se demandan sistemas de navegación personales como guía en grandes superficies, por ejemplo, hospitales, aeropuertos o centros comerciales. En esta tesis doctoral los escenarios estudiados son interiores y urbanos. La navegación se realiza por medio de sensores inerciales y magnéticos, idóneos por su amplia difusión, tamaño y peso reducido y porque no necesitan infraestructura. Se llevarán a cabo investigaciones para mejorar los algoritmos de navegación ya existentes y cubrir determinados aspectos aún no resueltos. En primer lugar se ha llevado a cabo un extenso análisis sobre los beneficios de usar medidas magnéticas para compensar los errores sistemáticos de los sensores inerciales, así como su efecto en la estimación de la orientación. Para ello se han usado medidas de referencia con valores de error conocidos combinando diferentes distribuciones de campos magnéticos. Los resultados obtenidos quedan respaldados con medidas realizadas con sensores reales de medio coste. Se ha concluido que el uso de medidas magnéticas es beneficioso porque acota errores en la orientación. Sin embargo, los escenarios bajo estudio suelen presentar campos magnéticos perturbados, lo que provoca que el proceso de estimación de errores sea prohibitivamente largo. En esta tesis doctoral se proponen algoritmos alternativos para el cálculo del desplazamiento horizontal del usuario, que han sido comparados con respecto a los ya existentes, ofreciendo los propuestos un mejor rendimiento. Además se incluye un innovador algoritmo para calcular el desplazamiento vertical del usuario, haciendo por primera vez posible obtener trayectorias en 3D usando solamente sensores inerciales no colocados en el zapato. Por último se propone un novedoso algoritmo capaz de prevenir errores de posición provocados por errores de rumbo. El algoritmo está basado en puntos de referencia automáticamente detectados por medio de medidas inerciales. Los puntos de referencia elegidos para los escenarios cubiertos son escaleras y esquinas, que al revisitarse permiten calcular el error acumulado en la trayectoria. Este error es compensado consiguiendo así acotar el error de rumbo. Este algoritmo ha sido extensamente probado con medidas de referencia y medidas realizadas con sensores reales de medio coste. La compensación de este error se adapta a las características del sistema de navegación personal

Performance Comparison of Foot- and Pocket-Mounted Inertial Navigation Systems

The aim of this paper is to compare two inertial navigation systems in order to identify their strengths and weaknesses as well as to propose new fusion algorithms for these systems. The goal of the fusion is to combine the best of both navigation systems in order to obtain an improved position estimation of the pedestrian. To that extent, the comparison starts with an analysis of the sensor parameters obtained with the Allan variance method. The comparison continues with the analysis of the odometries obtained with both pocket- and foot-mounted sensors. This is done by comparing the true positions of a set of ground truth points with the position estimated by the navigation systems. The analysis shows that the pocket-mounted system is reliable for step detection, whereas the foot-mounted system misses some stance phase periods. The advantage of the foot-mounted system is, for example, the good estimation of the distance. For completeness and based on the results, we propose several fusion techniques to improve the pedestrian's position estimation