零速度更新 (ZUPT) 技术需要与高灵敏度地面接触传感器集成，因为精确的时间是有效抵消传感器漂移的唯一方法。这些传感器明确识别“站立阶段”——脚着地的瞬间——触发算法将计算速度重置为零，并消除由惯性测量噪声引起的累积误差。
核心要点 惯性传感器会受到测量噪声的影响，这些噪声会随着时间的推移累积成显著的误差。地面接触传感器充当关键的“重置开关”，检测地面撞击的确切时刻，强制速度模型归零，从而实现精确、长期的导航。
漂移和校正的机制
测量噪声问题
惯性传感器在跟踪中不可或缺，但它们并非完美。它们会受到测量噪声的影响，这会在数据中产生微小的差异。
当系统根据这些传感器计算位置时，它必须积分加速度才能找到速度。在此过程中，即使是微小的噪声误差也会累积，导致累积速度漂移。如果不进行校正，报告的位置将随着时间的推移与实际情况产生显著偏差。
ZUPT 的功能
零速度更新 (ZUPT) 是解决此物理问题的数学方法。其逻辑很简单：当人行走时，他们的脚在站立阶段会短暂地静止在地面上。
如果系统确切地知道这种情况何时发生，它就可以强制将计算出的速度重置为零。这种周期性的重置就像一个“真实性检查”，消除了在上一步中累积的漂移。
为什么高灵敏度传感器至关重要
识别精确的站立阶段
ZUPT 的有效性完全取决于时序。系统必须识别脚接触地面的确切时刻。
仅靠惯性传感器可能难以区分缓慢移动的脚和已经着地的脚。高灵敏度地面接触传感器，例如足底压力传感器，通过物理检测撞击来解决此问题。
实现运动学模型
这些传感器为运动学模型提供了所需的确定性信号。当压力传感器触发时，模型会创建一个“零速度”事件。
这种集成将嘈杂的估计转化为低漂移的人体导航系统。它使该技术能够长时间保持准确，而仅使用惯性测量是不可能实现的。
理解权衡
硬件依赖性
可靠性现在与地面传感器相关联。如果传感器未能触发（可能是由于地形非常柔软或硬件故障），ZUPT 算法将不会启动，漂移将立即开始累积。
复杂性与准确性
与独立的惯性单元相比，集成足底压力传感器增加了系统设计的复杂性。然而，这种复杂性是实现抵抗漂移的高精度跟踪所必需的“成本”。
为您的目标做出正确选择
要确定此集成是否对您的特定应用是必需的，请考虑您的准确性要求：
- 如果您的主要关注点是长期导航：您必须使用高灵敏度地面接触传感器，以确保 ZUPT 算法能够有效重置累积误差。
- 如果您的主要关注点是短期或低精度跟踪：您可能可以依赖估计的 ZUPT 方法，但由于未校正的测量噪声，您必须接受更高的误差范围。
精确的足部运动跟踪不仅在于测量运动；还在于精确地检测运动何时停止。
总结表：
| 特性 | 仅惯性传感器 | ZUPT + 地面接触传感器 |
|---|---|---|
| 准确性 | 随时间漂移大 | 漂移小；周期性重置 |
| 站立检测 | 估计（通常不准确） | 确定性（物理撞击检测） |
| 速度误差 | 累积测量噪声 | 每步重置为零 |
| 最适合 | 短期/低精度 | 长期/高精度导航 |
| 复杂性 | 低 | 中等（集成硬件） |
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参考文献
- Ze‐Nan Zhu, Wenlong Zhang. Invariant Extended Kalman Filtering for Human Motion Estimation with Imperfect Sensor Placement. DOI: 10.23919/acc53348.2022.9867745
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
