不用 GPS 的精準導航

簡評：IEEE 發布的一篇文章，不再用依賴衛星導航的 GPS，就能夠實現精準的導航，包括室內，精準度5米內。

在行走三公里後，仍然保持著高達 5.5m 的精準度。

只要你的接收器位於多個衛星的視線範圍內，全球定位系統（Global Positioning System，GPS）就可以將你定位在地球任何一個 5-10 米的範圍內。但是在室內獲取位置信息很棘手。

猶他大學的一個團隊現在已經將這個問題踩在了腳下：在鞋子上安裝一套感測器和一個電路就能夠確定位置，無論是內還是室外精準度約 5 米，無需 GPS。

導航系統安裝在一個非常笨重的原型靴中，可以幫助救援人員在建築物內導航，可以幫助消防隊員掌握其他隊友的位置，它也可以與 AR 或者 VR 遊戲相結合。猶他大學的研究團隊周二在舊金山舉行的國際固態電路會議（ISSCC）上介紹了他們的無 GPS 導航系統。

這個導航系統核心是慣性測量單元（inertial measurement unit，IMU），這是一個包含陀螺儀、磁力計、加速計的小黑盒。這種導航系統的高端版本用於輔助飛行員進行導航。猶他大學電氣工程師 Darrin Young 希望能夠在便攜電子設備中使用 IMU。

這種導航的低端版本體驗不佳，讀數會隨著時間而偏移，錯誤會隨著時間而積累。「如果你坐著不動五分鐘或十分鐘，低端版本的 IMU 可能會認為你走了幾百英尺遠」。

團隊想辦法讓這些感測器保持精準。他們找到了生物力學的方法來解決精準度。在每一步，腳後跟的會在此錨定約 100 毫秒。他們想辦法測量了這個靜止時間，重置位置計算的每一步，這樣糾正了 IMU 的漂移數據中的錯誤運動，所以不會累計錯誤。

他們重新設計了一個靈活的 MEMS 壓力感測器，放置在帶有 IMU 寫字的鞋墊下。他們重新計算出系統大約需要 1000 個感測器才能獲取精準讀數（包括考慮到某些感測器斷裂之後的冗餘）構建了定製電路來組合 MEMS 和 IMU 的數據，並且設計了必要的演算法。

在原型中，定製電路位於保護罩側面的印刷電路板上。團隊把它放在外面方便訪問和調試，正式產品它完全可以放在鞋內，並使用藍牙控制。

團隊成員郭慶波（Qingbo Guo）把裝置和背包里筆記本連接，然後開始走路。為了測試導航系統，他在鹽湖城用導航跟蹤器走了大約三公里，然後將原型數據與 GPS 數據進行比較。在校園進行了十次散步測試後，最大的誤差為 5.5 米。他還在舊金山進門公園進行了漫長的步行測試。

系統的工作原理決定了它可以跨地形，無視地貌。性能可與 GPS 相媲美，而且無需鏈接衛星，一切都在內部搞定。

原文：Accurate Navigation Without GPS

園長：感覺有很多應有場景，最關鍵是無視地形，這個很厲害，BTW 這是個華人團隊。

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