Точная навигация без GPS

Возможности системы 

Глобальная система позиционирования может найти вас в пределах от 5 до 10 метров в любом месте на Земле—до тех пор, пока ваш приемник находится в прямой видимости нескольких спутников. Получение информации о местоположении в помещении сложно. Команда в университете штата Юта теперь поставила решение под ногами: набор датчиков и схем, установленных на ботинке, может определить положение с точностью около 5 метров, в помещении или снаружи, без GPS.

Навигационная система, установленная в очень здоровенном прототипе загрузки, может помочь спасателям перемещаться внутри зданий и показывать пожарным, где находятся члены их команды. Он также может быть интегрирован с виртуальными или дополненной реальности игр. Исследователи штата Юта представили свою навигационную систему без GPS во вторник на Международной конференции по Твердотельным схемам в Сан-Франциско.

Навигационная система Utah group построена на инерционном измерительном блоке или IMU - маленьком черном ящике, содержащем гироскоп, магнитометр и акселерометр. Лидирующие системы этого вида помогают пилотам самолета проводить. Даррин Янг, инженер-электрик из Университета Юты, хотел сделать возможным использование IMU в портативной электронике. Но показания дешевых версий этих датчиков со временем дрейфуют, и ошибки могут быстро накапливаться. "Если вы сидите неподвижно, показания должны быть нулевыми", - говорит Янг. Но через пять или десять минут, сидя в кресле, низкопробный IMU может подумать, что вы переместились на несколько сотен футов.

Технологии на практике

Янг попросил аспиранта Цинбо го найти способ держать эти датчики откалиброванными. Го нашел решение в биомеханике. За каждый шаг, пятка крепится к земле около 100 миллисекунд. Го выяснил, как измерить этот момент неподвижности, и использовать это, чтобы исправить ложное движение в дрейфующих данных из IMU. "Вы сбрасываете расчет позиции с каждым шагом, чтобы не накапливать ошибки", - говорит Янг.

Guo конструировал гибкий датчик давления MEMS для того чтобы установить под insole ботинка с IMU. Он подсчитал, что системе нужно около 1000 датчиков, чтобы получить точные показания (и обеспечить избыточность в случае, если некоторые датчики сломались под ногами), и построил пользовательскую схему для объединения данных от IMU и датчиков давления, а также разработал необходимые алгоритмы. В прототипе, изготовленная на заказ цепь на плате с печатным монтажом установленной к стороне ботинка. ” Мы помещаем его вне загрузки для легкого доступа и отладки", - говорит го. “Но это может быть и внутрь и использовать Bluetooth.”

Затем он подключил все это кабелями к ноутбуку в рюкзаке и начал ходить. Чтобы протестировать навигационную систему, Guo прошел в Солт-Лейк-Сити около трех километров с навигационным загрузочным трекером, а затем сравнил данные из прототипа с данными GPS. После десяти прогулок по кампусу максимальная погрешность составила около 5,5 метров. Он также протестировал систему во время более длительной прогулки в парке Золотые ворота в Сан-Франциско. Неважно, какая местность, система работает. "Производительность сравнима с GPS, но она работает внутри", - говорит он.