MEMS傳感器彌補GPS的不足

慣性傳感器會(huì )因為其品質(zhì)而具有不同的漂移度，設計人員可以利用GPS或是地磁儀來(lái)校正此漂移。

除了良好的傳感器設計以外，導航應用最主要的挑戰則是決定不同時(shí)候以哪些傳感器為準。慣性MEMS加速度計和陀螺儀已經(jīng)證明，它對于設計人員完成一套完整功能的檢測系統設計，具有良好的輔助作用。

在GPS信號會(huì )中斷以及機械和電子設備產(chǎn)生磁力干擾的室內工業(yè)或醫療環(huán)境中，設計人員必須通過(guò)非傳統方案實(shí)現機械導引。許多新興應用，例如手術(shù)工具導航等，所需要的精度顯著(zhù)高于汽車(chē)導航。在所有這些情況中，慣性傳感器都是一個(gè)選項，能夠在視線(xiàn)受阻或是其他干擾來(lái)源會(huì )對非慣性傳感器造成不利影響時(shí)，提供維持精確度所需的航位推算指引。

圖1顯示的是一個(gè)通用慣性導航系統(INS)，可以用來(lái)導引從手術(shù)工具到汽車(chē)、飛機等的任何東西。該INS模型包括一個(gè)卡爾曼濾波器，這種濾波器首先用于阿波羅登月任務(wù)，目前則已普遍應用于移動(dòng)通信的鎖相環(huán)中，以提供多個(gè)良好但不完美的傳感器相結合的機制，從而獲得關(guān)于位置、方向和總體動(dòng)態(tài)特性的最佳估計結果。

圖1，結合多種類(lèi)型傳感器并借助卡爾曼濾波的慣性導航系統 。

在手術(shù)應用領(lǐng)域，INS可以起到輔助導航的作用，依據病患的個(gè)體特點(diǎn)，幫助對準人工關(guān)節，例如膝蓋或髖關(guān)節等。除了能夠實(shí)現更好的對準(以提高舒適度)以及更快速、侵入較少的手術(shù)之外，采用正確的傳感器也有助于消除手部顫動(dòng)和疲勞的問(wèn)題。

近年來(lái)，純粹的機械式對準通過(guò)光學(xué)對準來(lái)輔助補充，但正如阻礙汽車(chē)導航的GPS信號阻斷問(wèn)題一樣，手術(shù)室中潛在的視線(xiàn)阻礙會(huì )限制光學(xué)傳感器的精度。以慣性導引的手術(shù)對準工具則能夠輔助補充(甚至取代)光學(xué)導引，不會(huì )有視線(xiàn)方面的問(wèn)題，同時(shí)能夠提供尺寸、成本和自動(dòng)化方面的潛在優(yōu)勢。

在消費應用極力追求小尺寸、低功耗、多軸慣性傳感器的同時(shí)，某些傳感器開(kāi)發(fā)人員同樣重視開(kāi)發(fā)緊湊、高精度、低功耗、高性能的傳感器。這些具有良好環(huán)境適應性的傳感器，正在工業(yè)、儀器儀表及醫療市場(chǎng)掀起一波采用MEMS慣性傳感器的浪潮。