室内定位背后的微惯导技术解析 与北斗、GPS有何不同？

的优势

　　在应急任务场合，业内主流室内定位技术普遍需要外部设施，大多数无法满足紧急情况下自主定位的要求。在这种情况下，首先想到的就是惯导室内定位技术。基于此，市场上也涌现了一批做惯导定位的公司。

　　国外的代表公司有Honeywell、SEER Technology，产品的定位精度基本上为2%-5%，也就是说用户行走1km，位置误差为20米，这是无法满足实际应用需求的，会延误逃生、救援等和位置精度密切相关的应急任务，整个产品没有达到真正实战的技术指标。因此这部分产品也因技术不成熟而未能打开市场。

　　国内也有几家公司在做，如微迈森，和笔者所在的格纳微科技等。其中，我们的产品定位精度达到了0.3%，相当于走1公里误差不到3米，可以适应《15km/h的走路、小跑、侧移、后退等任意步行姿态，基本可以满足实际应用需求了。

　　一般人对于0.3%精度仍有质疑，其实产品采用的是普通的低成本MEMS方案，就是智能手机中的G-sensor，而且不依靠任何基站等辅助信息。这种低成本的MEMS器件，通常会有极高的方向漂移误差（≥100°/h）和加速度误差，如果仅采用普通的航位推算算法，加速度积分带来的速度和位移误差将高达10%以上。

　　微惯导室内定位技术目前发展比较快，主要是用于紧急救援或者军事用途，大概分为两种：

　　（1） 佩戴于腰部的惯导模块，采用传统PDR航位推算方案；

　　（2） 佩戴于足部的惯导模块，基于足部运动模型开发，精度较高；

　　腰上的方案实用性更强，但是对于侧移、转弯、原地踏步等步态就会产生明显的误差积累。目前我们的腰部惯导产品的实验结果是2%的精度，走100米误差达到2m。业内比较知名的Honeywell的DRM4000（图2）和SEER Technology的NAViSEER（图3）都是采用这类技术方案，实测精度大约在2%～5%。腰部惯导定位模块无法适应特殊步态，实战应用受限，希望后期能看到更为优秀的产品和技术出现。

　　图2 DRM4000航位推算模块                        图3 NAViSEER人员精确跟踪系统

　　足部的方案精度高，相对稳定，如果能够稳定在0.3%以内的精度，基本能满足应急任务的需求了，消防、反恐、救援任务在建筑物内行走距离不长，行走1km误差累计3m，用户基本都可以接受。

　　" 微惯导 + "融合定位解决方案

　　纯惯导定位在室内小场景，经过长时间的行走后，角度和位置漂移并不明显，因此在很多使用场景中并没有使用其它辅助定位手段。但是这种纯惯导定位产品依然有两个弱点：

　　一是输出为相对轨迹，需要将多个人员的轨迹统一到一个坐标系中，目前使用较多的做法是所有应急任务人员在出发时经过同一段长直线，在应用层将轨迹旋转到统一坐标。第二种做法大概是部署两个脚垫（相隔至少10米以上），所有队员依次踩两个脚垫，可以通过后台自动旋转将多个队员统一到一个坐标。

　　二是就纯惯导定位的精度来说，目前业内0.3%的精度相对比较高，但在大场景长距离情况下，由于惯导固有的漂移率，仍然会有较大的累积误差（如图4所示），需要外部的信息进行校准。

　　针对这两大问题，我这里分享下我们的两种解决方案，给大家做个参考：

　　（1） 通过地图匹配辅助微惯导定位；

　　（2） 采用外部蓝牙基站辅助微惯导定位。

　　如果可以获取应急任务场景的建筑物室内地图信息，结合地图匹配技术，利用基于地图信息的粒子滤波自动学习路径算法，校准惯导定位中的残余误差并标定多个，实现长时间稳定定位，可进一步减少辅助定位基站数量，降低定位系统复杂度。

　　采用外部蓝牙基站辅助定位，我们目前是以微惯导定位为主，通过间或获取的基站蓝牙信号进行校准，被定位人员在建筑物内结合自身的惯导数据和间或获取的基站信息，来获取一个稳定的高精度定位结果，同时实现了多人轨迹标定，实际测试结果体验就会比较好。这里需要考虑一个问题，就是辅助基站布设的灵活性和快捷性。

　　蓝牙也可用于室内定位，但是信号发射范围比较小，而且容易受到环境包括人体的遮挡和干扰，定位精度不高，一般在3米左右；但蓝牙设备轻巧，成本低，布设起来较为方便，这对于应急任务来说是一大优势。所以以高精度惯导定位为主，辅以便于临时布设的蓝牙信标，有望解决应急任务场合的室内定位现场快速部署的问题。

　　下面是采用高精度的微惯导定位模块结合蓝牙信标做的外场试验，通过自主开发的iNav智能定位引擎进行数据融合。

图4 纯惯导定位的结果                    图5 惯导+蓝牙定位的结果