个人导航仪中的MEMS压力传感器(2)

图3所示是意法半导体的一个MEMS压力传感器，这是一个采用3 x 5 x 1mm LGA-8封装的数字输出压力传感器，内置I2C/SPI接口和16位数据输出。量程是300 mbar到1100 mbar，分辨率为0.1mbar。该芯片还内置温度传感器。芯片内部控制寄存器可以指示测量结果是高于还是低于压力极限预设值。

压力传感器的测量精度会受到气流和天气条件的影响。为了取得精确、可靠的楼层测量结果，需要为压力传感器开发校准和滤波算法。 

3、在个人导航仪中使用MEMS压力传感器

在当前市面上销售的智能手机中，大多数都内置了GPS接收器和低成本的MEMS运动传感器，例如，加速度计、陀螺仪和/或磁力计。在没有GPS卫星信号的建筑物内或GPS信号很弱的高楼林立的大都市内，个人导航或航位推测对于导航变得非常重要。鉴于GPS接收器在户内户外测量高度都不够精确，在智能手机内集成压力传感器可以辅助GPS测量高度。

个人导航系统（PNS）与个人航位推测（PDR）系统相似。从基本原理看，当无法获得GPS卫星信号时，PNS或PDR可以在智能手机的电子地图上继续提供方位和前进信息，引导用户到达兴趣点，获得位置关联服务(LBS)。

前进信息可以来自磁力计或陀螺仪或两者的模组。PNS是利用惯性导航原理（INS）对加速度计的测量值进行双重积分求解决方位信息，而PDR是计步器和步长估算器根据典型计步器原理计算加速度计提供的测量数据而获得的方位信息。在一定时间内获得前进方向和行进路程的信息后，导航系统在智能手机的电子地图上更新行人在户内的方位。

3.1 PNS或 PDR结构示意图

图4所示是PNS或PDR的结构示意图。从传感器角度看，该系统包括一个3轴加速度计、一个3轴陀螺仪、一个3轴磁力计和一个压力传感器。此外，在这个示意图内还有一个GPS接收器和一个主处理器。主处理器用于采集传感器数据，运行航位推测算法和卡尔曼滤波算法。

图4中每个组件的优缺点归纳如下：

GPS接收器:

优点：GPS可以提供进入建筑物前的初始方位；检索地球偏转角信息，根据地理前进方向修正磁力计前进方向；当GPS信号增强时校准计数器步长；分别向惯性导航系统的松耦合和紧耦合卡尔曼滤波算法提供有界的精确方位信息（经纬度）输出和伪距原始测量输出。

缺点：当行人保持静止时，GPS无法确定前进方向；无法检测高度（海拔高度）的细微变化。

加速度计:

优点：在静态或慢速运动状态下可用于倾斜度修正型数字罗盘；在线性加速度状态下可用于计步器的检测功能；用于检测步行人当前的状态是静止还是运动。

缺点：当智能手机旋转时，无法从地球重力组分中区别真正的线性加速度；对震动和振荡过于敏感

陀螺仪:

优点：能够向惯性导航系统连续提供旋转矩阵；当磁力计受到干扰时，辅助数字罗盘计算前进方向信息

缺点：长时间的零偏漂移导致无限的INS定位错误。

磁力计:

优点：能够根据地磁北极计算精确的前进方向；能够用于校准陀螺仪的灵敏度。

缺点：容易受到环境磁场干扰

压力传感器:

优点：在室内导航应用中可区分楼层；当GPS卫星信号较弱时，可辅助GPS计算高度，提高定位精确度；

缺点：容易受到气流和天气状况的影响。

3.2 PNS或PDR的实现方式

有两种方法可以在智能手机上实现PNS或PDR导航。第一种方法是利用捷联式惯性导航系统(SINS)实现PNS；第二种方法是利用计步器方法实现PDR。这两种方法都有各自的优点和缺点。

捷联惯导系统是基于一个3轴加速度计和一个3轴陀螺仪的6自由度(DOF)惯性测量单元。捷联惯导系统被成功用于外壳刚性很强的设备内，例如，惯性测量单元被永久性安装在汽车和导弹内。该系统在短时间内的定位精度相对较高。因为低成本MEMS运动传感器的零偏漂移问题，当没有GPS卫星信号时，经过积分和二重积分运算后，定位误差会随时间推移而变大。此外，行人通常把智能手机放在衣袋或挂在腰带上，他们随时都会从衣袋里或腰带上取出手机查看当前所在方位。这就是说，智能手机与用户身体的相对位置不固定。(责任编辑：admin)