您有沒有過這樣的經(jīng)歷：您正跟著手機的 GPS 在街上行走，突然間 GPS 系統(tǒng)無法確定您的位置？也許此時您剛好在城市中的一排摩天大樓附近，或是在樹林里一條人跡罕至的小路上。無論如何，此時周邊環(huán)境遮擋了您的 GPS 信號。行人航位推算技術(shù)就是專門針對此類情景的一項有用技術(shù)。

航位推算就是指在沒有任何外部參考的情況下，利用已知起始位置，結(jié)合隨著時間的推移而估算的移動速度和前進方向，來推定未來到達(dá)位置的過程。將這個概念延伸到人類運動領(lǐng)域，特別是行走或跑步的情況，就是行人航位推算。

行人航位推算 (PDR) 是怎樣運作的？

行人航位推算使用慣性感應(yīng)（加速度計、陀螺儀，有時也會使用磁力計）來估計速度和方向。步行的基本模型包括步數(shù)、步長和方向。如果您知道步長和步數(shù)，就可以推斷出距離。再加上方向，就能得到一個完整的航位推算輸出結(jié)果。

通過融合多個傳感器輸出，PDR/行人航位推算算法即可計算出基本構(gòu)成元素。這包括步數(shù)檢測、步長、步行方向和設(shè)備方向（您是將手機握在手里，還是放在口袋里？）這些基本構(gòu)成元素拼湊在一起，就能確定總體軌跡。與其他有關(guān)計步和活動分類（您在走路、跑步還是靜止不動？）的輸出結(jié)果相結(jié)合，就能了解您已經(jīng)行進的距離。

PDR 有哪些局限性，解決方案是什么

在 GPS 不可靠的情況下了解自己的位置，這是行人航位推算的主要好處之一。而且，由于它基于慣性感應(yīng)，因此不必依賴外部測量源（如衛(wèi)星）。但如果 PDR 如此出色，為什么還要費心費力去使用 GPS 呢？

我們得承認(rèn)，PDR 有其自身的局限性。不依賴外部資源是一把雙刃劍。這意味著它不會迷失方向，但也意味著它無法自行糾錯。它可以做出估計（也就是航位推算的“推算”部分）。使用 GPS，在信號較好時，系統(tǒng)可以隨著時間的推移校正定位。

要在短期內(nèi)確定方向，IMU 的陀螺儀角位置信息比加速度計或磁力計更可靠。它能在短期內(nèi)輸出一致、可用的數(shù)據(jù)。磁力計或加速度計也可以確定方向，但需要更長時間、更穩(wěn)定的測量。同樣，航位推算在短期內(nèi)也很有用。GPS 則可以在更長的時間內(nèi)提供穩(wěn)定的位置測量。主要優(yōu)點是測量能力的補充。PDR 算法是可靠定位解決方案中不可或缺的組成部分。

實時定位系統(tǒng) (RTLS) 和其他優(yōu)點/缺點

實時定位系統(tǒng) (RTLS) 是另一種用于確定位置的系統(tǒng)。GPS 在室外環(huán)境中非常有用，RTLS 在建筑物或其他密閉空間內(nèi)有著類似的實用價值。比如追蹤商品在庫房里的位置、顧客在購物中心內(nèi)的位置或患者在醫(yī)院中的位置，這都是 RTLS 非常有用并且 GPS 無法可靠覆蓋的應(yīng)用場景。

實時定位系統(tǒng)最常用的技術(shù)包括超寬帶、藍(lán)牙和 Wi-Fi。每種技術(shù)的信號各有不同，但基本原理保持不變。選定信號類型都有許多固定參考點。隨后用戶攜帶一個標(biāo)簽（例如小型收發(fā)器或手機），該標(biāo)簽可以在這些參考點之間來回發(fā)送信號，以便實現(xiàn)定位。

大多數(shù) RTLS 的工作原理是確定相對于標(biāo)簽的信號強度，隨后在至少有 3 個參考點的情況下即可確定位置。但有些技術(shù)不需要多個參考點或錨點。超寬帶可使用單個錨點確定位置，無需進行三角定位。藍(lán)牙可以確定到達(dá)角和離開角。如果使用更多的參考點，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性將進一步提高。這些系統(tǒng)相對一致且具有確定性；但與慣性系統(tǒng)相比，它們的功耗也很高。而在這方面，PDR 再度顯現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。如果 RTLS 與 PDR 配合，打造成一種更為全面的解決方案，它就能降低自身系統(tǒng)更新的頻率，并依靠 PDR 來“填補空白”。

省電是一項非常重要的優(yōu)勢，但 PDR 對 RTLS 或 GPS 系統(tǒng)還有其他好處。為完整起見，我在下面再次給出優(yōu)勢列表，不過這次匯總的是在任何基于位置的系統(tǒng)中添加 PDR 的好處：

• 更低的功耗：降低 RTLS/GPS 更新的頻率，并依靠功耗較低的 PDR 算法，從而為標(biāo)簽/設(shè)備省電。

• 填補信號覆蓋空白：如果系統(tǒng)找不到標(biāo)簽（原因可能是存在遮擋、延遲問題、超出范圍）設(shè)備無法連接到衛(wèi)星，則可以使用 PDR 估算值來填補缺失的數(shù)據(jù)。

• 更高的系統(tǒng)精度：RTLS 和 GPS 系統(tǒng)專門關(guān)注定位，但不會直接跟蹤方向或速度。與其他系統(tǒng)相比，行人航位推算可通過更高的頻率提供更高級的粒度層，從而產(chǎn)生更平滑的路徑。例如，在條件最優(yōu)的情況下，GPS 的精度為 3 米。

• 降低安裝成本：使用 PDR 解決方案時，RTLS 工作所需的信標(biāo)更少。

切記，PDR 確實是一項出色的技術(shù)，但最適合作為各種基于位置的技術(shù)的補充。它可以單獨使用，但是如果沒有任何真實信號為其提供支持，隨著時間的推移，它將不再可靠。但如果在短期內(nèi)使用，它可以為其他系統(tǒng)增添不少好處。CEVA 深耕傳感器融合領(lǐng)域已有 20 多年，在我們原本就高度精確的慣性傳感器融合的基礎(chǔ)上，開發(fā)了強大的 PDR 算法。

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