从室内定位看惯性导航
发布时间:2017-07-05

  

  今年四月份,在奥地利维也纳,微软、徕卡测量系统和谷歌联合举办了新一届的室内定位大赛。自2014年起,微软室内定位大赛已经连续举办了三届,每一届都吸引了大量的公司和高校团队参加。在今年的比赛中,国内同济大学的刘儿兀教授和他的团队凭借自主研发的室内定位技术——基于动态加权的路径追踪算法(DWELT),以最高定位精度摘得大赛第一名。

  

  目前的室内定位技术,可以大致分为两大类:基于无线信号和基于惯性传感器。第一类技术需要在应用场景中布置信号发射机或者接收机,在办公室、工厂、家庭等场所中较多使用。此类技术包括WiFi、ZigBee、WiMax、Bluetooth、Ad hoc 和Ultra Wide-Band(UWB)等,其中UWB超宽带技术被认为是最有应用前景的短距离无线定位技术之一,在今年的微软室内定位大赛的3D组中,超过一半以上的选手利用了UWB技术。

  

  第二种技术不需要布置基础设施,一般由多个惯性传感器,并通过特定算法组合而成(如卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法),有些还会借助地磁信号和商场等随处可见的WiFi信号。在今年的大赛中,同济大学利用的就是这项技术。

  惯性导航技术所用到的传感器包括陀螺仪,加速度计,有时还包括磁力计,气压计等。其应用集中于紧急救援或者军事用途上。美国普渡大学(Purdue Universit)曾利用MicroStrain的3DM-GX4惯性传感器做计步导航实验。该实验将通过将3DM-GX4绑在腰间,在预先知道佩戴人员步伐大小的情况下,由惯性测量单元进行导航定位。实验结果显示,在二维测试下误差为最大行动距离的1%,三维测试则是5%。另外,国内也有公司从事这方面的研究,据说精度可以做到千分之三。

  

  在消防或者紧急救援行动中,由于其特殊环境,无法利用GPS信号导航。时间的紧迫性也不允许临时布置基础定位设施。这时唯一可以利用的技术便是惯性导航。早期的惯性传感器,特别是陀螺仪,单个造价非常高,一般的用户根本无法负担。而随着MEMS技术的发展与成熟,成批生产陀螺仪成为可能,价格最低只要几块钱。在尺寸上也缩小到只有拇指大小。价格与尺寸上的优势,极大的扩展了惯性传感器的可应用前景。

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