經(jīng)濟(jì)高效的慣性傳感器可在二維和三維中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的航位推算定位，從而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確，更可靠的人員跟蹤。

個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)為在復(fù)雜環(huán)境中操縱的個(gè)人提供了寶貴的資源。然而，商業(yè)解決方案仍然局限于戶外環(huán)境。系統(tǒng)依賴外部參考源（如GPS）可防止操作員實(shí)現(xiàn)全面的定位功能。無論當(dāng)?shù)氐脑O(shè)置和結(jié)構(gòu)如何，開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，獨(dú)立的個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)將為用戶提供連續(xù)的本地化信息。普渡大學(xué)的研究工程師使用MicroStrain設(shè)備來實(shí)現(xiàn)高精度，集成的慣性計(jì)步器。該解決方案在一個(gè)小型，經(jīng)濟(jì)高效的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的室內(nèi)和室外導(dǎo)航。

原則上，個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)將隨時(shí)提供本地化數(shù)據(jù)，無論設(shè)置如何。然而，如果全球定位系統(tǒng)（GPS）信號(hào)被阻擋或降級(jí)，則行人位置估計(jì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性受到限制。提供獨(dú)立技術(shù)，包括光纖環(huán)和環(huán)形激光陀螺儀等奇特系統(tǒng)。這些技術(shù)在步行導(dǎo)航應(yīng)用中的應(yīng)用面臨著ITAR和價(jià)格限制。跟蹤諸如士兵和消防員等動(dòng)態(tài)個(gè)體的位置需要外來解決方案的準(zhǔn)確性，同時(shí)保持傳統(tǒng)系統(tǒng)的價(jià)格點(diǎn)。

溫度補(bǔ)償方向
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的新進(jìn)展有助于縮小系統(tǒng)精度和解決方案價(jià)格之間的差距。MicroStrain的3DM-GX2 慣性傳感器為普渡大學(xué)的機(jī)械工程師提供了一個(gè)低成本，高性能的MEMS平臺(tái)，用于開發(fā)他們的虛擬計(jì)步器。3DM-GX2通過三軸加速度計(jì)，陀螺儀和磁力計(jì)支持一系列校準(zhǔn)的慣性輸出數(shù)據(jù)量。另外，計(jì)算的方向提供準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)矩陣以區(qū)分三維路線。MicroStrain慣性裝置上的所有數(shù)量均經(jīng)過全溫度補(bǔ)償，并在數(shù)學(xué)上與正交坐標(biāo)系對(duì)齊，以提高可重復(fù)性。

機(jī)械工程助理教授Kartik Ariyur負(fù)責(zé)該項(xiàng)目。Ariyur先生和他的團(tuán)隊(duì)在受試者的重心上對(duì)3DM-GX2設(shè)備進(jìn)行了儀表測試，從這個(gè)位置他們能夠利用三軸加速度計(jì)在每一步中記錄的脈沖。（參見圖2）已知的生物力學(xué)約束（例如腿長）被用作自校準(zhǔn)系統(tǒng)的輸入。在長時(shí)間步行和跑步測試中，開發(fā)并整合了步幅間隔和步幅之間的校正關(guān)系，用于位置估計(jì)。

較高精度航位推算
Purdue展示了一種基于傳感器的系統(tǒng)，可在二維和三維域中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。在二維測試設(shè)置中，使用MicroStrain慣性傳感器時(shí)出現(xiàn)的定位誤差小于總行程距離的1％。在三維環(huán)境中，最大定位誤差小于總行進(jìn)距離的5％。

當(dāng)前的市場需求
低成本慣性導(dǎo)航設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性的進(jìn)步將有助于促進(jìn)軍事和商業(yè)市場中個(gè)人系統(tǒng)的部署。Purdue使用MicroStrain慣性傳感器的工作有助于為市場提供更易于使用的解決方案。一個(gè)特別感興趣的市場涉及為部署士兵提供適當(dāng)?shù)膶?dǎo)航和本地化工具以支持城市環(huán)境。從歷史上看，軍方采用士兵導(dǎo)航系統(tǒng)在很大程度上受到成本問題的限制。有效系統(tǒng)每單位成本可能超過100,000美元。MicroStrain的傳感器支持有效的導(dǎo)航，而成本只是其中的一小部分。

估計(jì)位置在較大程度上受到慣性測量過程中的偏差的限制。在普渡大學(xué)，研究人員通過使用先進(jìn)的過濾器成功地證明了控制慣性測量偏差影響的能力。他們的工作創(chuàng)新包括過濾方法的準(zhǔn)確性，以及價(jià)格具有競爭力的人員跟蹤平臺(tái)的商業(yè)影響。

致謝
MicroStrain感謝Purdue大學(xué)的Kartik Ariyur分享他在這個(gè)案例研究中的應(yīng)用細(xì)節(jié)和經(jīng)驗(yàn)。本文不代表普渡大學(xué)對(duì)任何特定產(chǎn)品或應(yīng)用的認(rèn)可。