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MEMS传感器妙解室内定位死穴

日期: 2018-01-22
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MEMS传感器妙解室内定位死穴


在隧道或高密度环境下,使用手机来导航会出现卡顿。要实现更流畅的导航,以及精准的定位,Mems传感器大有可用之处,受限于手机的体积,Mems传感器如何发挥自己的优势。同时,在Mems传感器和其他定位技术相融合作用下,将可实现更好的室内定位体验。

一、手机内置运动、气压传感器已经普及 兼顾精度、体积、系统优化

“目前手机导航主要还是依赖GPS和WIFI,而在隧道或高密度环境下,这些信号强度弱,或是直接丢星,无法进行导航。此时,实际是可以依靠手机里的MEMS传感单元的。” 众所周知,目前智能机里都集成了众多MEMS传感器,比如加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计等。


在没有GPS信号的情况下,可以依靠陀螺仪来判断方向的变化,可以利用加速度计来判断速度和位移的变化。但手机里面所用的加速度计和陀螺仪都是消费级产品,无论是瞬时精度、积分精度还是长期稳定性都较差,这是受器件的功耗、体积和封装的限制。


MEMS传感器妙解室内定位死穴

一般体积和功耗越小,器件的精度会越差,这是设计上的权衡。说到封装,一般手机里用的都是塑料封装,这是受成本的限制,塑料封装对外部环境敏感,比如温湿度以及压力的影响。


除此之外,与地图匹配运行会是非常重要的,如果软件做的好,运行轨迹与地图完全匹配的时候,会对MEMS传感器的要求降低。这是因为在汽车转弯的时候,不太可能每隔几度就有一个弯道,而且这些弯道都在同一点,大部分情况下,一个转弯点上只有2-4个弯道,这时角度再出现些许偏差,就没有那么的严重。


二、MEMS传感器与其他定位技术融合

由于半导体电子技术本身的特点,单独利用MEMS传感器进行室内定位的挑战是会出现绝对位置确定及误差等问题。GPS也有信号干扰、信号不能完全覆盖等弱点,多技术的融合是必然趋势。但好的一方面是,当前的智能手机中GPS、WIFI、蓝牙的配置也很普及。如何把这些现有的资源整合成一个解决方案是目前业界努力的方向。


室内定位解决方案目前分两个层面,即:同一楼层内的位置定位与多层建筑内的楼层及高度识别。室内定位及相关技术可以用于在没有GPS信号或者GPS信号不够好的情况下,大型商业建筑内的室内导航、大型高层楼宇内救援定位、及GPS信号不好的车库及隧道内的惯性导航等,以及基于上述场景的相关服务。


MEMS传感器妙解室内定位死穴

目前尝试进行室内定位的解决方案有多种,由于内置9轴运动传感器及大气压力高度计的智能手机已经非常普及,基于手机内的运动及高度传感器进行部署的室内定位方案从经济性和可行性方面更好。

 

为了达到良好的用户体验,室内定位系统对MEMS传感器本身的性能、多MEMS传感器的融合算法、MEMS传感器与GPS及其他解决方案的配合与集成都非常重要。除此之外,室内定位还要考虑的一个重要方面是整机系统的功耗问题。


MEMS传感器的优势

在需要室内导航定位时,不需要预设参考点,随时可用。且其体积小、重量轻、功耗低、耐冲击、鲁棒性好、启动时间快、且价格适中。

MEMS传感器的劣势

各种MEMS传感器的使用都有一定的局限性,比如加速度在算速度和位移时会有积分误差,无法区分重力分量的变化和实际加速度的变化;陀螺仪在算角度变化时也会有积分误差;磁力计会受磁场干扰,比如建筑里的钢筋;气压计在火场等情况下,会对高度产生误判等。


未来,多种技术融合会是大势所趋,而且很有可能利用SIP的技术,将多种技术融合到一颗器件里面,这样来帮助室内导航应用实现小型化、便携化和低成本化。



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