先進(jìn)移動(dòng)設備用MEMS傳感器

本機或在線(xiàn)數據庫:用于把增強的虛擬目標信息疊加到真實(shí)世界視頻上。當目標與當前方位吻合時(shí)，系統將能從本機數據庫或在線(xiàn)數據庫檢索目標的信息。然后用戶(hù)可以點(diǎn)擊觸摸屏上的超級鏈接或圖標，接收更加詳細的方位信息。

內置數字地圖的液晶觸摸屏:提供高分辨率的用戶(hù)界面，顯示含有虛擬目標信息的真實(shí)世界的視頻。有了數字地圖，用戶(hù)可以知道當前位置所在街道名稱(chēng)，無(wú)需配戴任何特殊的3D眼鏡。

MEMS傳感器(加速度計、磁力計、陀螺儀和壓力傳感器):這些傳感器是自導式組件，隨時(shí)隨地工作。因為低成本、小尺寸、輕量、低功耗、高性能，它們成為行人航位推算應用的首選半導體產(chǎn)品。這些傳感器與GPS接收器集成在一起可以在室內外獲得方位信息。下面的內容將探討這些傳感器在提高室內導航精度中所扮演的重要角色。

隨時(shí)隨地獲取精確且可靠的方位信息，使虛擬目標與真實(shí)世界的環(huán)境保持一致，是移動(dòng)增強實(shí)境應用面臨的主要挑戰。

2. 室內方位檢測

盡管智能手機內置一個(gè)GPS接收器，在戶(hù)外的定位功能非常不錯，在數字地圖上顯示航向，但是，某些GPS接收機在室內或高樓林立的城區無(wú)法接收衛星定位信號。即便在戶(hù)外，當汽車(chē)或行人靜止時(shí)，GPS也無(wú)法提供精確的方位或航向信息。GPS無(wú)法區分微小的高度變化。此外，GPS僅憑一個(gè)天線(xiàn)無(wú)法為手機或汽車(chē)用戶(hù)提供姿態(tài)信息，例如，俯仰/滾轉/航向信息。

差分全球定位系統 (DGPS)能夠取得幾厘米的定位精度；但是需要另一個(gè)GPS接收器做基站，使用某一種距離粗捕獲碼向移動(dòng)GPS接收器發(fā)射參考位置信息。輔助全球定位系統 (A-GPS)在某種程度上有助于GPS獲得室內定位信息，但是，無(wú)法在可以接受的間隔內提供精確的定位信息。當手機用戶(hù)靜止時(shí)，至少需要三個(gè)GPS天線(xiàn)才可能讓GPS檢測到用戶(hù)的姿態(tài)信息。不過(guò)，目前在一個(gè)智能手機上安裝多個(gè)GPS天線(xiàn)還是行不通的。

因此，僅有GPS的智能手機不能為手機用戶(hù)提供精確的方位和姿態(tài)信息。自導式MEMS傳感器是協(xié)助GPS實(shí)現一體化導航系統、提供室內外LBS定位服務(wù)的理想選擇。

當天線(xiàn)沒(méi)有被遮擋時(shí)，現代的GPS接收器的絕對定位精度是3米到20米，這個(gè)參數不會(huì )在一段時(shí)期后發(fā)生漂移?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/MEMS">MEMS傳感器的捷聯(lián)式慣性導航系統(SINS) 可在很短的時(shí)間內提供精確的定位信息，但是，根據運動(dòng)傳感器的性能，這種導航系統在使用一段時(shí)間后很快就會(huì )發(fā)生精度漂移現象。行人航位推算系統（PDR）是一個(gè)根據步長(cháng)和方位計算從室內已知初始位置開(kāi)始的行走距離的相對導航系統，雖然定位精度不會(huì )隨時(shí)間推移而發(fā)生漂移，但是需要在受磁力干擾的環(huán)境內保持航向精度，此外，GPS需要對步長(cháng)進(jìn)行校準，才能達到可以接受的定位精度。

按照捷聯(lián)式慣性導航系統(SINS)理論，根據內在的偏差漂移和比例因數，慣性傳感器(3軸加速度計和3軸陀螺儀)可分為三大類(lèi)：導航級、戰術(shù)級和商用級。通過(guò)下面的兩個(gè)方程式[1]，可以計算出獨立的加速度計和陀螺儀的水平位置誤差。

加速度計的位置誤差:
(1)
其中:
ACC_bias … 加速度計長(cháng)期偏差穩定性，單位：mg；g = 9.81m/s2
T … 雙重積分周期，單位：秒
PE_ACC … ACC_bias造成的位置誤差；單位：米。

陀螺儀的位置誤差:
(2)
其中:
g … 地球重力，9.81m/s2
GYRO_bias … 陀螺儀長(cháng)期偏差穩定性，單位：rad/s
T … 雙重積分周期，單位：秒
PE_ACC … GYRO_bias造成的位置誤差；單位：米。

以上兩個(gè)方程式可用于計算典型慣性傳感器的性能和長(cháng)期偏差穩定性引起的水平位置誤差。當慣性傳感器與GPS集成在一起時(shí)，這些誤差不會(huì )隨時(shí)間推移而擴大，其它引起位置誤差的因素，如失匹、非線(xiàn)性和溫度影響，也應在計算中給予考慮。

最近在MEMS制程上取得的進(jìn)步讓 MEMS加速度計和陀螺儀能夠連續地提供更高的定位性能，使商用級的產(chǎn)品更加接近戰術(shù)級產(chǎn)品的性能。在較短的時(shí)間如1分鐘內，獨立的加速度計和陀螺儀可取得相對較高的測量精度。當GPS信號受阻時(shí)，這對于GPS/SINS一體化導航系統很有用。

對于消費電子產(chǎn)品，室內行人航位推算系統5%的行進(jìn)距離誤差通常是可以接受的。例如，當一個(gè)人走過(guò)100米的距離時(shí)，定位誤差應該在5米范圍內。這要求航向誤差在 ±2°到±5°之間[2]。例如，如果航位誤差是2°，當一個(gè)人走過(guò)100米的距離時(shí)，定位誤差應該在3.5米范圍內 [= 2*100m*sin(2°/2)]。