盡管只要接收機位于多個衛(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)定位時可能會很困難。猶他大學(xué)的一個研究小組已經(jīng)找到了解決這個問題的辦法。該團隊開發(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，就以確定其位置，定位精確度在室內(nèi)和室外均約為5米。

　　圖1、導(dǎo)航系統(tǒng)集成在靴子中

　　導(dǎo)航系統(tǒng)安裝在一個非常笨重的原型靴中，這個靴子可以幫助救援人員在建筑物內(nèi)導(dǎo)航，并向消防隊員顯示他們團隊的其它成員所在的位置。它也可能與虛擬或者增強現(xiàn)實游戲集成。猶他州的研究人員在今年早些時候在舊金山舉辦的國際固態(tài)電路會議(International Solid-State Circuits Conference)上展示了他們的無GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　猶他小組的導(dǎo)航系統(tǒng)建立在慣性測量單元或者簡稱為IMU(inertial measurement unit，慣性測量單元)上 - 一個包含陀螺儀，磁力計和加速計的小黑盒。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，這些傳感器廉價版本的讀數(shù)會隨著時間而漂移，并且其錯誤可能會迅速累積。 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靜止時刻，并用它來糾正運動中IMU漂移的數(shù)據(jù)誤差。

　　圖2、IMU導(dǎo)航解決方案的測試系統(tǒng)

　　Guo設(shè)計了一個靈活的MEMS壓力傳感器，放置在帶有IMU的靴子的鞋墊底下。他計算出系統(tǒng)需要大約1000個傳感器才能獲得準(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)計了必要的算法。在原型中，定制電路位于安裝在保護罩側(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)部并可以使用藍牙技術(shù)來連接。

　　圖2、IMU導(dǎo)航解決方案的測試結(jié)果

　　接著他用電纜連接到背包里的一臺筆記本電腦，然后開始走路。為了測試導(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的漫步道路中測試了該系統(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信號如室內(nèi)起作用。