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從室內定位看慣性導航
發(fā)布時間:2017-07-05 瀏覽次數(shù):25185 來源:歐美大地

今年四月份,在奧地利維也納,微軟、徠卡測量系統(tǒng)和谷歌聯(lián)合舉辦了新一屆的室內定位大賽。自2014年起,微軟室內定位大賽已經(jīng)連續(xù)舉辦了三屆,每一屆都吸引了大量的公司和高校團隊參加。在今年的比賽中,國內同濟大學的劉兒兀教授和他的團隊憑借自主研發(fā)的室內定位技術——基于動態(tài)加權的路徑追蹤算法(DWELT),以高定位精度摘得大賽第一名。

目前的室內定位技術,可以大致分為兩大類:基于無線信號和基于慣性傳感器。第一類技術需要在應用場景中布置信號發(fā)射機或者接收機,在辦公室、工廠、家庭等場所中較多使用。此類技術包括WiFi、ZigBee、WiMax、Bluetooth、Ad hoc 和Ultra Wide-Band(UWB)等,其中UWB超寬帶技術被認為是最有應用前景的短距離無線定位技術之一,在今年的微軟室內定位大賽的3D組中,超過一半以上的選手利用了UWB技術。

第二種技術不需要布置基礎設施,一般由多個慣性傳感器,并通過特定算法組合而成(如卡爾曼濾波算法和粒子濾波算法),有些還會借助地磁信號和商場等隨處可見的WiFi信號。在今年的大賽中,同濟大學利用的就是這項技術。

慣性導航技術所用到的傳感器包括陀螺儀,加速度計,有時還包括磁力計,氣壓計等。其應用集中于緊急救援或者軍事用途上。美國普渡大學(Purdue Universit)曾利用MicroStrain的3DM-GX4慣性傳感器做計步導航實驗。該實驗將通過將3DM-GX4綁在腰間,在預先知道佩戴人員步伐大小的情況下,由慣性測量單元進行導航定位。實驗結果顯示,在二維測試下誤差為最大行動距離的1%,三維測試則是5%。另外,國內也有公司從事這方面的研究,據(jù)說精度可以做到千分之三。

在消防或者緊急救援行動中,由于其特殊環(huán)境,無法利用GPS信號導航。時間的緊迫性也不允許臨時布置基礎定位設施。這時可以利用的技術便是慣性導航。早期的慣性傳感器,特別是陀螺儀,單個造價非常高,一般的用戶根本無法負擔。而隨著MEMS技術的發(fā)展與成熟,成批生產(chǎn)陀螺儀成為可能,價格只要幾塊錢。在尺寸上也縮小到只有拇指大小。價格與尺寸上的優(yōu)勢,很大的擴展了慣性傳感器的可應用前景。

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