盡管只要接收機(jī)位于多個(gè)衛(wèi)星的視線內(nèi),GPS就可以定位地球上的任何物體,但同一設(shè)備在室內(nèi)定位時(shí)可能會(huì)很困難。猶他大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)找到了解決這個(gè)問題的辦法。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套傳感器和電路,即可將其安裝到靴子(鞋)上,無需使用GPS信號(hào),就以確定其位置,定位精確度在室內(nèi)和室外均約為5米。
導(dǎo)航系統(tǒng)安裝在一個(gè)非常笨重的原型靴中,這個(gè)靴子可以幫助救援人員在建筑物內(nèi)導(dǎo)航,并向消防隊(duì)員顯示他們團(tuán)隊(duì)的其它成員所在的位置。它也可能與虛擬或者增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲集成。
猶他小組的導(dǎo)航系統(tǒng)建立在慣性測(cè)量單元或者簡(jiǎn)稱為IMU(inertial measurement unit,慣性測(cè)量單元)上 - 一個(gè)包含陀螺儀,磁力計(jì)和加速計(jì)的小黑盒。猶他大學(xué)電氣工程師Darrin Young希望能夠在便攜式電子設(shè)備中使用IMU。然而,這些傳感器廉價(jià)版本的讀數(shù)會(huì)隨著時(shí)間而漂移,并且其錯(cuò)誤可能會(huì)迅速累積。 Young讓其研究生Qingbo Guo想方設(shè)法讓這些傳感器保持校準(zhǔn)。郭找到了生物力學(xué)的解決方案。即在每個(gè)步伐中,腳后跟錨定在地面約100毫秒。 Guo想出了方法來如何衡量這個(gè)靜止時(shí)刻,并用它來糾正運(yùn)動(dòng)中IMU漂移的數(shù)據(jù)誤差。
Guo設(shè)計(jì)了一個(gè)靈活的MEMS壓力傳感器,放置在帶有IMU的靴子的鞋墊底下。他計(jì)算出系統(tǒng)需要大約1000個(gè)傳感器才能獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)(并且在某些傳感器斷裂的情況下提供冗余備份功能),并且構(gòu)建了定制電路來合成來自IMU和壓力傳感器的數(shù)據(jù),并設(shè)計(jì)了必要的算法。在原型中,定制電路位于安裝在保護(hù)罩側(cè)面的印刷電路板上。他們將傳感器放在引導(dǎo)裝置外面以便于訪問和調(diào)試,但它可能位于鞋底內(nèi)部并可以使用藍(lán)牙技術(shù)來連接。
接著他用電纜連接到背包里的一臺(tái)筆記本電腦,然后開始走路。為了測(cè)試導(dǎo)航系統(tǒng),Guo在鹽湖城用導(dǎo)航引導(dǎo)跟蹤器走了約三公里,然后將原型數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在校園十次散步后,最大誤差約為5.5米。他還在舊金山金門公園漫長(zhǎng)的漫步道路中測(cè)試了該系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作原理與哪種地形無關(guān)。這一表現(xiàn)與GPS相媲美,但它能夠在沒有GPS信號(hào)如室內(nèi)起作用。
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原文標(biāo)題:黑科技:沒有GPS的導(dǎo)航也是可能的
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