先進移動設(shè)備用MEMS傳感器
發(fā)布日期：2022-10-07 點擊率：37
現(xiàn)代MEMS傳感器包括加速度計（ACC）、陀螺儀（GYRO）、磁力計（MAG）、壓力傳感器（PS）和話筒（MIC）。因為低成本，小尺寸，低功耗，高性能，MEMS傳感器近幾年來被集成到便攜設(shè)備內(nèi)。
本文將論述MEMS傳感器在先進移動應(yīng)用中的作用，例如，移動增強實境（MAR）、定位服務(wù)（LBS）和利用航位推算法確定方位的MEMS傳感器與GPS接收器整合解決方案。
增強實境
增強實境（AR）不是一個新話題。根據(jù)定義，增強實境是在一個實時顯示的真實環(huán)境上迭加圖形、聲音和其它感知強化技術(shù)，并使其具有互動性和可操縱性的功能或用戶界面。在一個真實環(huán)境內(nèi)融合3D虛擬信息有助于提高用戶對虛擬目標(biāo)周圍 環(huán)境的真實感。
最近增強實境技術(shù)出現(xiàn)了幾個成功的應(yīng)用案例。例如，汽車安全設(shè)備把路況和汽車周圍情況的信息投射到前檔風(fēng)玻璃上，讓駕駛員對汽車所在位置有一個全面了解。另一個應(yīng)用示例是把智能手機對準(zhǔn)一個方位已知的目標(biāo)，例如飯店或超市，手機就會顯示所指目標(biāo)的信息。此外，如果你身處一個陌生的大城市，這個功能還能幫助你找到最近的地鐵站，只要把手機旋轉(zhuǎn)360度，即可鎖定地鐵路線，沿所指方向到達目的地。
社交網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代人的生活中扮演著重要作用。當(dāng)一個人接近一個購物中心時，他可以用手機指向購物中心。然后，他的 朋友將會收到經(jīng)過數(shù)字處理技術(shù)強化的他所在位置和周邊環(huán)境的虛擬信息。反之亦然，他也會收到他朋友的方位和周邊信息。因此，增強實境是一種改變?nèi)藗儗φ鎸嵤澜绲母杏X的新方式。
由于智能手機市場高速增長，移動設(shè)備開始興起增強實境應(yīng)用。
● 數(shù)字?jǐn)z像頭：用于傳送真實世界環(huán)境的信息流，并在液晶觸摸屏上顯示捕獲的視頻。目前新款智能手機上已配備500萬像素或更高分辨率的成像傳感器。
● CPU、手機操作系統(tǒng)、用戶界面和軟件開發(fā)工具：這些是智能手機的核心組件。現(xiàn)在新的智能手機配備1GHz以上的雙核CPU、512MB RAM內(nèi)存和32GB存儲器。在應(yīng)用開發(fā)過程中，用戶界面和軟件開發(fā)工具（SDK）讓開發(fā)人員輕松地調(diào)用應(yīng)用程序接口，訪問圖形、無線通信功能、數(shù)據(jù)庫和MEMS傳感器原始數(shù)據(jù)，無需知道這些代碼背后的詳細(xì)原理。
● 高靈敏度GPS接收器或A-GPS或DGPS：當(dāng)捕獲到有效的衛(wèi)星信號時，這些模塊用于確定用戶當(dāng)前的經(jīng)緯度位置。多年來人們一直在研究提高GPS接收機在室內(nèi)和高樓林立的地區(qū)的接收靈敏度和定位精度，因為在這類地區(qū)衛(wèi)星信號變?nèi)酰l(fā)生多信道干擾錯誤。
● 無線數(shù)據(jù)傳輸接口，包括GSM/GPRS、WiFi、藍牙和RFID：無線數(shù)據(jù)接口的主要目的是接入互聯(lián)網(wǎng)，檢索當(dāng)前位置目標(biāo)的在線數(shù)據(jù)庫，在等待GPS定位或沒有GPS信號時提供簡要的定位信息。如果建筑物內(nèi)預(yù)裝了發(fā)射器，其它的近距離無線連接如WLAN、藍牙和RFID也可以提供精度適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)定位信息。
● 本機或在線數(shù)據(jù)庫：用于把增強的虛擬目標(biāo)信息迭加到真實世界視頻上。當(dāng)目標(biāo)與當(dāng)前方位吻合時，系統(tǒng)將能從本機數(shù)據(jù)庫或在線數(shù)據(jù)庫檢索目標(biāo)的信息。然后用戶可以點擊觸摸屏上的超級鏈接或圖標(biāo)，接收更加詳細(xì)的方位信息。
● 內(nèi)置數(shù)字地圖的液晶觸摸屏：提供高分辨率的用戶界面，顯示含有虛擬目標(biāo)信息的真實世界的視頻。有了數(shù)字地圖，用戶可以知道當(dāng)前位置所在街道名稱，無需配戴任何特殊的3D眼鏡。
● MEMS傳感器（加速度計、磁力計、陀螺儀和壓力傳感器）：這些傳感器是自導(dǎo)式組件，隨時隨地工作。因為低成本、小尺寸、輕量、低功耗、高性能，它們成為行人航位推算應(yīng)用的首選半導(dǎo)體產(chǎn)品。這些傳感器與GPS接收器集成在一起可以在室內(nèi)外獲得方位信息。下面的內(nèi)容將探討這些傳感器在提高室內(nèi)導(dǎo)航精度中所扮演的重要角色。
隨時隨地獲取精確且可靠的方位信息，使虛擬目標(biāo)與真實世界的環(huán)境保持一致，是移動增強實境應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)。
室內(nèi)方位檢測
僅有GPS的智能手機不能為手機用戶提供精確的方位和姿態(tài)信息。自導(dǎo)式MEMS傳感器是協(xié)助GPS實現(xiàn)一體化導(dǎo)航系統(tǒng)、提供室內(nèi)外LBS定位服務(wù)的理想選擇。
當(dāng)天線沒有被遮擋時，現(xiàn)代的GPS接收器的絕對定位精度是3米到20米，這個參數(shù)不會在一段時期后發(fā)生漂移。基于MEMS傳感器的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（SINS）可在很短的時間內(nèi)提供精確的定位信息，但是，根據(jù)運動傳感器的性能，這種導(dǎo)航系統(tǒng)在使用一段時間后很快就會發(fā)生精度漂移現(xiàn)象。行人航位推算系統(tǒng)（PDR）是一個根據(jù)步長和方位計算從室內(nèi)已知初始位置開始的行走距離的相對導(dǎo)航系統(tǒng)，雖然定位精度不會隨時間推移而發(fā)生漂移，但是需要在受磁力干擾的環(huán)境內(nèi)保持航向精度，此外，GPS需要對步長進行校準(zhǔn)，才能達到可以接受的定位精度。
按照捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（SINS）理論，根據(jù)內(nèi)在的偏差漂移和比例因數(shù)，慣性傳感器（3軸加速度計和3軸陀螺儀）可分為三大類：導(dǎo)航級、戰(zhàn)術(shù)級和商用級。
當(dāng)慣性傳感器與GPS集成在一起時，其水平位置誤差不會隨時間推移而擴大，其它引起位置誤差的因素，如失匹、非線性和溫度影響，也應(yīng)在計算中給予考慮。
