低成本的GPS干擾和欺騙技術(shù)的可用性使得僅GPS的定位和導航解決方案對于在戰(zhàn)場環(huán)境中的士兵而言，成為日益危險的選擇。因此，至關(guān)重要的是，必須開發(fā)一種獨立的，非基礎(chǔ)設施的定位技術(shù)，以保持現(xiàn)代士兵的最佳作戰(zhàn)能力。

　　慣性導航可以解決此問題。

　　但是慣性解決方案并不容易實施。例如，在戰(zhàn)場上，士兵往往會躲避，俯沖，躲避和奔跑，從而帶來運動測量挑戰(zhàn)，即使在現(xiàn)有的車輛慣性導航裝置中，該誤差通常也會太大，從而導致跟蹤誤差。

　　全球定位系統(tǒng)

　　幾十年來，GPS一直是戰(zhàn)場上士兵的首選跟蹤和導航解決方案。不幸的是，大多數(shù)敵人現(xiàn)在都可以使用非常便宜且廣泛使用的技術(shù)來干擾GPS定位信號。但是更危險的是，不僅GPS信號會被阻塞，還可能被欺騙。在最壞的情況下，敵人可能將士兵轉(zhuǎn)移到危險地帶，甚至可能使士兵無意中向自己的位置開火。

　　MEMS導航

　　市場上已經(jīng)有許多慣性測量單元（IMU），但還沒有一個能夠充分解決慣性行人跟蹤的問題。它們是最終解決方案中極具吸引力的一部分，因為它們僅依賴于測量用戶運動產(chǎn)生的力，而獨立于基礎(chǔ)設施技術(shù)（例如WiFi，BLE信標或其他基于RF或基于攝像頭的錨定技術(shù)）進行操作–因操作演員的不良行為而被卡住，欺騙或誤入歧途。

　　但是，目前尚不存在能夠充分整合用戶加速度以真正跟蹤位置的IMU，但同時也不會因士兵在戰(zhàn)場上的活動而被拋棄。通過增加慣性傳感器的靈敏度以準確地測量由人類運動產(chǎn)生的小加速度，對人類運動的其他偽像的敏感性在傳感器測量光譜的相對側(cè)上產(chǎn)生了明顯的誤差。也就是說，飽和度以及其他由高強度和快速運動引起的誤差會產(chǎn)生甚至更大的誤差，這使得這種跟蹤非常困難。

　　理想情況下，MEMS慣性傳感器體積小，重量輕，功耗低且成本低，非常適合拆卸的士兵應用。換句話說，它們具有低SWaP-C的所有最理想的特性（尺寸，重量和功率成本）。每個士兵都可以輕松地攜帶一個或多個武器-放在手表，背包，頭盔或武器上。但是，它們在靈敏度，噪聲，偏置漂移和其他相關(guān)錯誤模式方面的性能使其在慣性導航中的表現(xiàn)非常差。在幾分鐘之內(nèi)，可能會累積多達數(shù)百米甚至數(shù)千米的定位誤差，從而使其慣性導航功效無法使用。但是，它們可以通過航位推測法合理地應用于位置跟蹤。

　　推算最簡單的形式是通過測量用戶在一系列方向上行駛了多遠來跟蹤用戶的位置。如果IMU可以提供相對于北方的相對準確的方向（磁羅盤），然后測量用戶已經(jīng)走了多遠（步進計數(shù)），則可以構(gòu)建一個相當準確的位置。生產(chǎn)精確，可靠的MEMS航位推算系統(tǒng)存在許多挑戰(zhàn)，但至少該應用不會突破傳感器本身的性能極限。

　　MEMS陀螺儀是一種由硅微加工而成的光盤，被激發(fā)后以明顯高于要測量的運動帶寬的速率振動。當光盤沿一個軸振動時，如果沿其敏感軸旋轉(zhuǎn)，則會產(chǎn)生科里奧利力，該力將振動力發(fā)送到正交軸上，該正交軸被測量并與旋轉(zhuǎn)的角速度成比例。但是，與該旋轉(zhuǎn)速率相對應的信號幅度很小，它不是位移的直接測量值，而是隨時間變化的位移率，然后需要將其積分到角位移中。但是，它只需要一次積分，而不需要使用加速度計確定線性位移所需的二次積分。

　　陀螺儀僅用于測量相對于任意起點的相對旋轉(zhuǎn)。它不受線性加速度的影響（或幾乎不受線性加速度的影響），因此無論沖擊和振動如何，它都有助于提供非常精確的旋轉(zhuǎn)測量。由于其測量特性，它可提供準確的角位移，且延遲和超調(diào)量極低。

　　從A點到B點

　　IMU可以準確確定行進方向，從而跟蹤士兵離開A點后的路徑。需要里程表功能來測量他們向B點前進時在任何給定方向上行進了多遠。汽車的里程表相對簡單。有一個傳感器，它計算汽車車輪的部分和完全旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，并將其乘以車輪的周長得出一個相當準確的行駛距離?，F(xiàn)代里程表的精確度可達到汽車實際行駛距離的0.1％之內(nèi)。對人來說，類似的功能只是計步器或計步器。在過去的五年中，由于活動設備，智能手表和手機的使用，計步器得到了極大的改善。

　　這種方法的復雜性在于確定步行，慢跑，跑步甚至爬行的不同步幅。有幾種可用的方法可以很好地確定步幅長度-例如，在有GPS覆蓋范圍的情況下對開放天空中的步數(shù)進行計數(shù)，然后將行進距離除以兩個端點之間采取的步數(shù)。無論如何，這是一個可解決的問題，僅取決于特定用例的可接受程序。

　　在戰(zhàn)斗中導航

　　現(xiàn)在，最新一代的MEMS陀螺儀可以很好地跟蹤士兵的動態(tài)運動長達30分鐘，而不會出現(xiàn)明顯的偏差或比例誤差。我們開發(fā)的系統(tǒng)目前還無法與它們配合的唯一方法是使用陀螺羅盤技術(shù)將其鎖定在North上，因為它們的1/f噪聲仍然約高50倍。MEMS非常適合在短時間內(nèi)跟蹤高動態(tài)運動，例如與Wii控制器一起玩。但是對于需要低噪聲和高靈敏度的應用，例如測量地球每小時15°的自轉(zhuǎn)速度（這是一個很小的信號），還遠遠不夠。

　　尋找坐標

　　可以通過緯度和經(jīng)度來確定絕對地理位置。

　　緯度

　　IMU的加速度計可以直接測量重力加速度矢量的方向，這意味著它可以準確地確定向下的方向（朝向地球中心）。陀螺儀可以準確地測量地球在給定位置的自轉(zhuǎn)角速度的X，Y和Z分量。然后，可以通過使用這兩個測量值輕松確定緯度。

　　經(jīng)度

　　經(jīng)度可以通過測量測得的地理北部和磁性北部之間的偏角來計算。兩者沿不同的軸對齊，因此在您的經(jīng)度上，它們之間的方向始終存在偏差。由于兩種測量都是在三個維度上進行的（地球自轉(zhuǎn)軸和從地球磁偶極子軸產(chǎn)生的通量線），因此您可以轉(zhuǎn)換這兩個維度之間的三維空間差異，以便縱向定位球體的表面，尤其是在先前的測量已經(jīng)確定了緯度的情況下。

　　具有高檔陀螺儀的IMU可以通過陀螺羅經(jīng)（或向北尋線）來定位真北，但是它需要一個磁羅盤來定位磁北。但是，盡管有很多要說的磁傳感器可以讓您直接向北讀取數(shù)據(jù)，但測量的易錯性仍然存在嚴重的問題。除了校準用戶身體上的硬鐵和軟鐵干擾之外，通常還會出現(xiàn)難以解決的外部磁畸變。例如，如果一個士兵走過用鋼筋建造的墻，則會在磁測量中產(chǎn)生很大的誤差。在城市戰(zhàn)爭環(huán)境中，還有許多其他干擾源，包括車輛，建筑物，武器，法令以及士兵可能遇到的許多其他結(jié)構(gòu)。