慣性導航系統

慣性導航系統(Inertial Navigation System,簡稱INS)是一種技術,它利用加速度計、陀螺儀和指南針的組合來追蹤運動物體(如車輛、飛機或甚至人)的運動、位置和方向,而無需依賴外部參考。

慣性導航系統的基本原理是使用加速度計、陀螺儀和指南針測量物體的加速度和旋轉速率。這些傳感器提供有關不同軸上的線性加速度和各種軸上的角速度的信息。通過將這些測量值隨時間進行積分,系統可以估計物體的速度、位移和方向。

在INS中,加速度計、陀螺儀和指南針通常安裝在穩定的平台或慣性測量單元(IMU)上,以將它們與外部振動和力隔離開來。IMU不斷測量加速度和旋轉,並使用積分和濾波等算法處理數據,以估計物體的位置和姿態。

INS具有幾個優點,包括它能夠獨立運作而無需依賴GPS等外部基礎設施或信號,以及高更新率,使其能夠實時進行定位和導航。它廣泛應用於各種應用,包括航空、海洋導航、自動駕駛車輛、機器人技術,甚至一些個人導航系統。

然而,INS也會受到誤差和漂移的影響,這些誤差來自傳感器的偏差、噪聲和積分誤差。為了減輕這些問題,INS通常與其他定位技術(如GPS)結合使用,以定期校正和更新位置和姿態估計值。這種集成過程稱為傳感器融合,它結合多個傳感器的優勢,提高導航系統的整體準確性和穩健性。

近年來,傳感器技術和算法的進步,如先進的濾波技術和機器學習,改善了慣性導航系統的性能和可靠性,使其成為在外部參考可能有限或不可用的環境中導航的寶貴工具。

室內定位的慣性導航系統

應用慣性導航進行室內定位涉及利用慣性傳感器(加速度計、陀螺儀和指南針)的數據來估算裝置在室內環境中的位置和方向,而無需依賴外部參考點。

以下是在室內定位中使用慣性導航的步驟指南:

  1. 收集傳感器數據:首先,從裝置的慣性傳感器收集數據。這些傳感器提供有關線性加速度、角速度(旋轉)以及相對於地球磁場的方向的信息。

  2. 數據融合:為了獲得更準確可靠的信息,使用數據融合技術將來自多個傳感器的數據結合在一起。最常見的方法是使用擴展卡爾曼濾波(EKF)或互補濾波來估算裝置的位置和方向。

  3. 初始位置校準:在開始室內定位之前,必須校準初始位置。這可以通過手動校準,讓用戶輸入其起始位置,或者通過利用其他室內定位技術,如Wi-Fi、藍牙信標或視覺識別,來自動獲取初始參考點。

  4. 航位推算:一旦校準了初始位置,系統就根據傳感器數據跟踪裝置的移動。航位推算用於基於先前已知位置和加速度和旋轉的增量變化來估算新位置。
  5. 更新率和誤差校正:慣性導航系統容易受到隨著時間累積的誤差影響,這是由於傳感器數據中的漂移和噪聲。為了提高準確性,系統需要經常更新估算的位置。更高的更新率可以減少更新之間的誤差影響。此外,系統可以通過將慣性導航數據與室內環境中其他可用的定位技術(如Wi-Fi、藍牙或視覺識別)結合使用,進行誤差校正。

  6. 地圖匹配:慣性導航提供相對定位信息,但可能不提供絕對位置參考。地圖匹配是將估算的位置與室內環境的已知特徵(如牆壁、走廊或特定地標)對齊的過程。通過將估算的位置與地圖進行匹配,系統可以校正在航位推算過程中可能發生的漂移或位置誤差。

  7. 用戶界面:最後,估算的位置可以在數字地圖上或通過擴增現實(AR)呈現給用戶,以幫助進行室內導航並提供實時位置信息。

值得注意的是,雖然慣性導航對於短期室內定位非常有用,但它往往會隨著時間的推移累積誤差。因此,在室內定位系統中,將慣性導航與其他室內定位技術結合使用是一種常見的方法,以實現更好的準確性和穩健性。

VitalSigns VSI101 - 室內導航系统

介紹

VSI101是一個先進的室內定位系統,採用慣性導航技術,旨在提供準確、可靠的室內定位解決方案。該系統結合了加速度計、陀螺儀和磁羅盤等慣性感測器,能夠實時追踪移動物體(如設備、車輛或人員)的運動、位置和方向。

產品特點

電氣規格

  • 電池:3.7V,500mAh,鋰離子電池
  • 工作時間:最多24小時
  • 充電功率:5V直流

中央處理器(CPU)

  • 高性能32位40MHz ARM®-M4F
  • 1MB快閃記憶體和256kB靜態隨機存取記憶體(SRAM)

數據傳輸

  • BLE 4.2 / BLE 5.0
  • 發射功率:9 dB
  • 範圍:10米(開放區域)

陀螺儀

  • 三軸
  • 量程:±250dps、±500dps、±1000dps和±2000dps

加速度計

  • 三軸
  • 量程:±2g、±4g、±8g和±16g

指南針

  • 三軸
  • 量程:±4900uT

氣壓計

  • 量程:300-1200 hPa ±0.002hPa

GNSS(全球導航衛星系統)

  • 支持GPS、GLONASS、Galileo和BeiDou
  • 最大導航更新率:25Hz
  • 位置精度(CEP):1.5米

如何購買

若有興趣,請聯繫 sales@vsigntek.com