MEMS传感器在先进移动应用中的作用

MEMS传感器在先进移动应用中的作用

       本机或在线数据库:用于把增强的虚拟目标信息叠加到真实世界视频上。当目标与当前方位吻合时，系统将能从本机数据库或在线数据库检索目标的信息。然后用户可以点击触摸屏上的超级链接或图标，接收更加详细的方位信息。 

       内置数字地图的液晶触摸屏:提供高分辨率的用户界面，显示含有虚拟目标信息的真实世界的视频。有了数字地图，用户可以知道当前位置所在街道名称，无需配戴任何特殊的3D眼镜。 

       MEMS传感器(加速度计、磁力计、陀螺仪和压力传感器):这些传感器是自导式组件，随时随地工作。因为低成本、小尺寸、轻量、低功耗、高性能，它们成为行人航位推算应用的首选半导体产品。这些传感器与GPS接收器集成在一起可以在室内外获得方位信息。下面的内容将探讨这些传感器在提高室内导航精度中所扮演的重要角色。

       随时随地获取精确且可靠的方位信息，使虚拟目标与真实世界的环境保持一致，是移动增强实境应用面临的主要挑战。

       2.   室内方位检测

       尽管智能手机内置一个GPS接收器，在户外的定位功能非常不错，在数字地图上显示航向，但是，某些GPS接收机在室内或高楼林立的城区无法接收卫星定位信号。即便在户外，当汽车或行人静止时，GPS也无法提供精确的方位或航向信息。GPS无法区分微小的高度变化。此外，GPS仅凭一个天线无法为手机或汽车用户提供姿态信息，例如，俯仰/滚转/航向信息。

       差分全球定位系统 (DGPS)能够取得几厘米的定位精度；但是需要另一个GPS接收器做基站，使用某一种距离粗捕获码向移动GPS接收器发射参考位置信息。辅助全球定位系统 (A-GPS)在某种程度上有助于GPS获得室内定位信息，但是，无法在可以接受的间隔内提供精确的定位信息。当手机用户静止时，至少需要三个GPS天线才可能让GPS检测到用户的姿态信息。不过，目前在一个智能手机上安装多个GPS天线还是行不通的。

       因此，仅有GPS的智能手机不能为手机用户提供精确的方位和姿态信息。自导式MEMS传感器是协助GPS实现一体化导航系统、提供室内外LBS定位服务的理想选择。

       当天线没有被遮挡时，现代的GPS接收器的绝对定位精度是3米到20米，这个参数不会在一段时期后发生漂移。基于MEMS传感器的捷联式惯性导航系统(SINS) 可在很短的时间内提供精确的定位信息，但是，根据运动传感器的性能，这种导航系统在使用一段时间后很快就会发生精度漂移现象。行人航位推算系统（PDR）是一个根据步长和方位计算从室内已知初始位置开始的行走距离的相对导航系统，虽然定位精度不会随时间推移而发生漂移，但是需要在受磁力干扰的环境内保持航向精度，此外，GPS需要对步长进行校准，才能达到可以接受的定位精度。

       按照捷联式惯性导航系统(SINS)理论，根据内在的偏差漂移和比例因数，惯性传感器(3轴加速度计和3轴陀螺仪)可分为三大类：导航级、战术级和商用级。通过下面的两个方程式[1]，可以计算出独立的加速度计和陀螺仪的水平位置误差。  

       加速度计的位置误差:

                                               (1)

       其中:

       ACC_bias … 加速度计长期偏差稳定性，单位：mg；g = 9.81m/s2

       T … 双重积分周期，单位：秒

       PE_ACC …  ACC_bias造成的位置误差；单位：米。