全球定位系统(GPS)不工作吗?鞋雷达可以帮助您找到自己的方式

从汽车到手机，全球定位系统(GPS)设备在各个领域的普及几乎让迷路成为了历史。但是当你的GPS坏了的时候你会怎么做?来自北卡罗莱纳州立大学和卡耐基梅隆大学的研究人员开发了一种嵌入鞋子的雷达系统，可以帮助你找到路。

“GPS是不可用的情况下,例如当你在一个建筑,地下或卫星连接的地方可以被高楼或其他对象,”Dan Stancil博士说的合著者,该文研究和教授和北卡罗莱纳州的电子和计算机工程系。“那没有卫星怎么办?”

一种解决方案是使用惯性测量单元（IMU），这是测量通过加速（和减速度）产生的力的电子设备，以确定您移动的速度以及您移动的速度。该技术与GPS配合使用，在丢失GPS信号后，IMU跟踪您的运动 - 并最终通过GPS向您提供与您的最后一个已知位置相关的位置数据。例如，如果您输入了洞穴并丢失了GPS信号，您可以使用IMU将您的步骤恢复到最后一个已知的GPS位置，并找到退出的方式。

然而，IMU传统上面临着重大挑战。任何轻微错误IMU都在测量加速度导致估计速度和位置的误差 - 以及这些错误随时间累积。例如，如果IMU认为您正在移动 - 即使每秒只为0.1米 - 当您实际上仍然存在时，在三分钟内，IMU将使您距离实际位置有18米。

但是，“如果你有一种独立的方法知道你的速度什么时候是零，你就可以大大减少这种累积误差，”斯坦塞尔说。

进入鞋子雷达。

Stancil说:“为了解决累积加速度误差的问题，我们开发了一种可安装在鞋子上的便携式雷达传感器原型。”雷达连接到一个小型导航计算机上，跟踪你的脚后跟到地面的距离。如果这个距离在给定的时间内没有改变，导航计算机就知道你的脚是静止的。”这可能意味着你站着不动，也可能是某人走路时两步之间自然出现的停顿。无论哪种方式，Stancil说，“通过在这些暂停或间隔期间将速度重置为零，累积的错误可以大大减少。”

换句话说，导航计算机从鞋雷达和IMU编制数据，并且通过结合来自GPS的最新位置数据，可以做出更好的跟踪当前位置的工作。

这篇题为“一种辅助行人惯性导航的低功率鞋内雷达”的论文发表在《科学》杂志10月刊上IEEE微波理论与技术汇刊．该论文的主要作者是周晨明博士，他在CMU做博士后研究助理时完成了这项工作。合著者是斯坦西尔、卡内基梅隆大学的塔马尔·穆克吉博士和詹姆斯·唐尼。这项工作通过CMU得到了空军研究实验室和国防高级研究计划局的支持。此版本已批准公开发行，发行无限制。

NC州电气计算机工程系是大学工程学院的一部分。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“一个低功耗鞋嵌入式雷达，用于辅助行人惯性导航”

作者:周晨明、詹姆斯·唐尼、塔马尔·慕克吉、卡内基梅隆大学;Daniel D. Stancil，北卡罗莱纳州立大学

发表: 2010年10月,IEEE微波理论与技术汇刊

文摘:在全球定位系统(GPS)拒绝或禁止GPS的环境中，如城市峡谷、山区和室内，导航通常是通过惯性测量单元(IMU)完成的。对于便携式导航，小型化imu由于偏置、偏置漂移和噪声而导致精度差。我们建议使用低功耗的鞋内雷达作为辅助传感器来识别速度为零的时间段，在这个时间段内，单个IMU传感器的偏差可以被观察到。该雷达传感器还可以实时检测IMU相对于地面的垂直位置和速度，为传感器融合提供额外的独立信息。分析了噪声和干扰对系统性能的影响。实验结果表明，该传感器具有良好的位置和速度传感性能。