先進(jìn)移動設(shè)備用MEMS傳感器

本機(jī)或在線數(shù)據(jù)庫:用于把增強(qiáng)的虛擬目標(biāo)信息疊加到真實(shí)世界視頻上。當(dāng)目標(biāo)與當(dāng)前方位吻合時(shí)，系統(tǒng)將能從本機(jī)數(shù)據(jù)庫或在線數(shù)據(jù)庫檢索目標(biāo)的信息。然后用戶可以點(diǎn)擊觸摸屏上的超級鏈接或圖標(biāo)，接收更加詳細(xì)的方位信息。

內(nèi)置數(shù)字地圖的液晶觸摸屏:提供高分辨率的用戶界面，顯示含有虛擬目標(biāo)信息的真實(shí)世界的視頻。有了數(shù)字地圖，用戶可以知道當(dāng)前位置所在街道名稱，無需配戴任何特殊的3D眼鏡。

MEMS傳感器(加速度計(jì)、磁力計(jì)、陀螺儀和壓力傳感器):這些傳感器是自導(dǎo)式組件，隨時(shí)隨地工作。因?yàn)榈统杀尽⑿〕叽?、輕量、低功耗、高性能，它們成為行人航位推算應(yīng)用的首選半導(dǎo)體產(chǎn)品。這些傳感器與GPS接收器集成在一起可以在室內(nèi)外獲得方位信息。下面的內(nèi)容將探討這些傳感器在提高室內(nèi)導(dǎo)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(biāo)與真實(shí)世界的環(huán)境保持一致，是移動增強(qiáng)實(shí)境應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)。

2. 室內(nèi)方位檢測

盡管智能手機(jī)內(nèi)置一個GPS接收器，在戶外的定位功能非常不錯，在數(shù)字地圖上顯示航向，但是，某些GPS接收機(jī)在室內(nèi)或高樓林立的城區(qū)無法接收衛(wèi)星定位信號。即便在戶外，當(dāng)汽車或行人靜止時(shí)，GPS也無法提供精確的方位或航向信息。GPS無法區(qū)分微小的高度變化。此外，GPS僅憑一個天線無法為手機(jī)或汽車用戶提供姿態(tài)信息，例如，俯仰/滾轉(zhuǎn)/航向信息。

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

因此，僅有GPS的智能手機(jī)不能為手機(jī)用戶提供精確的方位和姿態(tài)信息。自導(dǎo)式MEMS傳感器是協(xié)助GPS實(shí)現(xiàn)一體化導(dǎo)航系統(tǒng)、提供室內(nèi)外LBS定位服務(wù)的理想選擇。

當(dāng)天線沒有被遮擋時(shí)，現(xiàn)代的GPS接收器的絕對定位精度是3米到20米，這個參數(shù)不會在一段時(shí)期后發(fā)生漂移?；?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/MEMS">MEMS傳感器的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS) 可在很短的時(shí)間內(nèi)提供精確的定位信息，但是，根據(jù)運(yùn)動傳感器的性能，這種導(dǎo)航系統(tǒng)在使用一段時(shí)間后很快就會發(fā)生精度漂移現(xiàn)象。行人航位推算系統(tǒng)（PDR）是一個根據(jù)步長和方位計(jì)算從室內(nèi)已知初始位置開始的行走距離的相對導(dǎo)航系統(tǒng)，雖然定位精度不會隨時(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(nèi)保持航向精度，此外，GPS需要對步長進(jìn)行校準(zhǔn)，才能達(dá)到可以接受的定位精度。

按照捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)理論，根據(jù)內(nèi)在的偏差漂移和比例因數(shù)，慣性傳感器(3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀)可分為三大類：導(dǎo)航級、戰(zhàn)術(shù)級和商用級。通過下面的兩個方程式[1]，可以計(jì)算出獨(dú)立的加速度計(jì)和陀螺儀的水平位置誤差。

加速度計(jì)的位置誤差:
(1)
其中:
ACC_bias … 加速度計(jì)長期偏差穩(wěn)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 … 陀螺儀長期偏差穩(wěn)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。

以上兩個方程式可用于計(jì)算典型慣性傳感器的性能和長期偏差穩(wěn)定性引起的水平位置誤差。當(dāng)慣性傳感器與GPS集成在一起時(shí)，這些誤差不會隨時(shí)間推移而擴(kuò)大，其它引起位置誤差的因素，如失匹、非線性和溫度影響，也應(yīng)在計(jì)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(jì)和陀螺儀能夠連續(xù)地提供更高的定位性能，使商用級的產(chǎn)品更加接近戰(zhàn)術(shù)級產(chǎn)品的性能。在較短的時(shí)間如1分鐘內(nèi)，獨(dú)立的加速度計(jì)和陀螺儀可取得相對較高的測量精度。當(dāng)GPS信號受阻時(shí)，這對于GPS/SINS一體化導(dǎo)航系統(tǒng)很有用。

對于消費(fèi)電子產(chǎn)品，室內(nèi)行人航位推算系統(tǒng)5%的行進(jìn)距離誤差通常是可以接受的。例如，當(dāng)一個人走過100米的距離時(shí)，定位誤差應(yīng)該在5米范圍內(nèi)。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(dāng)一個人走過100米的距離時(shí)，定位誤差應(yīng)該在3.5米范圍內(nèi) [= 2*100m*sin(2°/2)]。