在過(guò)去十年中的早些時(shí)候，出現的第一代設備是配件市場(chǎng)中的個(gè)人導航設備(PND)，它以大眾化的價(jià)位實(shí)現了轉彎提示導航功能。發(fā)展第二階段的標志是智能手機的出現。今天的智能手機可以提供各種定位功能，并且主要依賴(lài)GPS功能實(shí)現精確的定位和轉彎提示導航應用。具有GPS功能的智能手機不僅將轉彎提示導航應用擴展到了行人、騎車(chē)者和司機，而且能夠向任何智能手機應用提供定位能力，從當地餐館位置到“生動(dòng)的”星座圖，甚至增強現實(shí)。除了智能手機外，在其它消費產(chǎn)品中也出現了低成本定位技術(shù)，比如可以給照片增加地理標簽的照相機。但如果室內、城市中心或樹(shù)蔭環(huán)境中的GPS性能局限能夠克服的話(huà)，這種應用的影響和范圍還可以得到極大的擴展。

智能手機的出現還導致發(fā)生了消費者不能立即覺(jué)察到的變化。在調查組成現代手機和智能手機的元器件后會(huì )發(fā)現兩大明顯的主要趨勢。第一個(gè)趨勢是將多個(gè)功能合并進(jìn)單個(gè)集成電路(IC)后的芯片的普及。通常我們稱(chēng)之為“組合芯片”，目前市場(chǎng)上有許多組合，包括WiFi、藍牙和GPS；另外一個(gè)趨勢是基于MEMS的傳感器的廣泛使用。在過(guò)去幾年中，MEMS技術(shù)的發(fā)展使得在手機平臺中集成多個(gè)低成本的MEMS傳感器成為可能。例如，目前許多智能手機都包含三種運動(dòng)傳感器——MEMS加速度計、電子羅盤(pán)和MEMS陀螺儀，當這些傳感器一起使用時(shí)，可以提供手機的線(xiàn)性和角度位置、速度和加速度的精確跟蹤。目前為止MEMS傳感器基本上還是獨立的芯片，每個(gè)芯片完成單一功能，但未來(lái)趨勢是將運動(dòng)傳感器合并和集成為單個(gè)封裝，再加入足夠的處理能力，就可以智能地整合來(lái)自各個(gè)獨立傳感器的數據，并直接向應用提供有意義的運動(dòng)矢量。

MEMS傳感器的使用使得移動(dòng)手機平臺第一次能夠測量與平臺位置以及實(shí)際移動(dòng)有關(guān)的參數。這類(lèi)測量經(jīng)常被稱(chēng)為“慣性測量”。在GPS和無(wú)線(xiàn)電導航領(lǐng)域中慣性測量(或INS—慣性導航系統)的使用是出了名而且成熟的。慣性導航經(jīng)常用于在無(wú)線(xiàn)電導航很難或不可能完成的環(huán)境中改善無(wú)線(xiàn)電導航性能或作為補充。GPS接收機也會(huì )遇到這種情況，比如在人口密集的市中心、地下或室內。

將GPS和運動(dòng)傳感器功能組合在一起可以改善用戶(hù)體驗


了解兩種定位方法之間的區別很重要。GPS或無(wú)線(xiàn)電導航通過(guò)測量距多個(gè)已知發(fā)射器的距離(或延時(shí))來(lái)實(shí)現對移動(dòng)接收機位置的三角測量。因此，GPS接收機每次執行測量后都會(huì )直接計算移動(dòng)接收機的位置。無(wú)線(xiàn)電導航接收機中的這種直接位置測量方法的缺點(diǎn)是單次測量的誤差會(huì )很大，有時(shí)甚至達到數十米，因此接收機通常要使用動(dòng)態(tài)估計算法(如卡爾曼濾波器)將誤差減小到可接受的水平。
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另一方面，慣性導航系統測量的是平臺的物理參數，如線(xiàn)性加速度(加速度計)、角加速度(陀螺儀)和絕對方位(3D羅盤(pán))。通過(guò)對加速數據的積分處理，在初始位置已知的條件下，導航系統可以計算出用戶(hù)的位置和方位。使用慣性導航系統的優(yōu)勢在于，測量誤差通常要小于無(wú)線(xiàn)電導航接收機中直接定位技術(shù)產(chǎn)生的誤差。然而，由于接收機要積分處理測量數據，誤差會(huì )累積，如果長(cháng)時(shí)間積分處理會(huì )導致位置“漂移”。因此很明顯，當組合使用GPS和INS系統時(shí)兩者可以互補。

在典型的組合式系統中，GPS接收機計算初始位置，INS系統產(chǎn)生距初始位置的位置差。為了避免由于INS引起的漂移誤差，要用GPS接收機周期性地校準位置。自然有最優(yōu)化的方式實(shí)現這種組合，通常是使用擴展卡爾曼濾波器來(lái)實(shí)現。

目前大多數GPS/INS實(shí)現使用的傳感器都與移動(dòng)平臺結合在一起，并且一般安裝在固定位置。以固定方式安裝在汽車(chē)平臺上的慣性傳感器就是一個(gè)很好的例子。當INS單元與移動(dòng)平臺沒(méi)有結合在一起時(shí)，比如一個(gè)人邊走邊用手握著(zhù)蜂窩手機，這種平臺中的GPS/INS導航使用的方法和算法通常都不能做到很高性能。然而近年來(lái)，隨著(zhù)對口袋移動(dòng)定位應用預期的升溫，比如徒步導航和室內導航(在購物大廳、公共建筑物、博物館、展覽館等)，這方面的研究工作非常多，目的是實(shí)現無(wú)限制的GPS/INS導航。最近不少研究結果表明，無(wú)限制的GPS/INS導航商用化已經(jīng)很有希望。

結合將多種技術(shù)合并為組合芯片的趨勢、以及對移動(dòng)平臺上同時(shí)實(shí)現GPS定位和MEMS傳感器的要求，發(fā)展的下一步是開(kāi)發(fā)出同時(shí)包含GPS技術(shù)和MEMS傳感器的組合芯片?；谶@些芯片的平臺目的不是為了實(shí)現更高的集成度，而是體驗更好的導航性能，在室內或人口密集的市中心等GPS挑戰環(huán)境中第一次實(shí)現真正高精度的定位。

最近，GPS接收機制造商與Baolab Microsystems公司紛紛開(kāi)展合作，后者是一家歐洲新創(chuàng )企業(yè)，開(kāi)發(fā)的低成本MEMS技術(shù)可以用標準CMOS工藝制造?，F在，組合芯片可以提供GPS和MEMS傳感器解決方案——在單顆芯片產(chǎn)品中集成GPS和三維電子羅盤(pán)功能。這是在基于GPS/MEMS組合芯片的移動(dòng)消費設備(移動(dòng)手機、照相機等)中實(shí)現定位和導航的第一步。這種技術(shù)帶來(lái)的可能性是無(wú)窮的，特別是這種解決方案能夠顯著(zhù)降低成本，整體解決方案的實(shí)現成本比現有技術(shù)要低很多。



總之，目前情況是，當你最需要知道你的確切位置時(shí)，比如在人口密集的市中心、剛從地下停車(chē)場(chǎng)上來(lái)、在綠樹(shù)成蔭的地方、以及在移動(dòng)設備越來(lái)越多使用的室內(大型購物中心、公共建筑物等)，你卻經(jīng)常“無(wú)法獲知”位置信息，因為GPS在這些地方不能正常工作。這主要是由于有太多的東西會(huì )阻擋信號，并使那些不能獲得明顯方向感的人感到困惑。但是，通過(guò)使用增強型GPS以及來(lái)自MEMS傳感器的INS運動(dòng)跟蹤數據在這些缺少GPS信號的環(huán)境中實(shí)現高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)導航，消費者幾乎在任何地方都可以享受便攜GPS增強應用的無(wú)縫工作，特別是在他們最需要的時(shí)候。

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