室内定位背后的微惯导技术解析 与北斗、GPS有何不同？

　　编者按：作者大格子GZ，格纳微科技技术总监，西安电子科技大学硕士，就读控制理论与控制工程专业。曾作为骨干参与国家惯导产品重要课题，所研成果已经成功运用于军工产业。目前负责团队技术路线和产品技术研发，对于空间定位的惯导、超宽带、激光、视觉SLAM都略有涉及。在本文中，作者结合自己的工作经验谈了谈微惯导定位方案，以及为什么选择这个方案背后的缘由。

　　提起定位导航，大家首先想到的是GPS，中国也推出了自己的卫星定位系统北斗卫星定位系统。但是卫星定位只能用在室外环境，一到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位就无法使用。

　　那么，室内定位当前有没有“刚需”呢？答案是肯定的。今天我们不谈现在很热闹的消费级市场应用，我们谈下室内定位技术在一些特殊但很重要的场景——消防救援、反恐处突、抢险救灾等应急任务中的应用。

　　试想一下这样的场景：大火现场，消防员冲进着火的大楼里试图搜救幸存者，火势越来越猛烈，烟雾弥漫，消防员迷路找不到出口，氧气不够，最终丧失了生命……

　　如果能精确定位消防员的位置，后方指挥人员掌握了进入火场施救的消防员实时动向，通过通信设备向现场人员提供准确指挥，避免消防员在火场中迷路，可以最大程度地减少人员伤亡。这对于室内定位技术来说，也是功德一件了。

　　目前业内主流室内定位技术普遍需要外部设施或先验数据库，比如UWB、WiFi、蓝牙、地磁等，而消防救援等应急任务通常来不及或环境不允许布置外部定位基站或信标等设备，因此没有一种可以满足紧急任务下自主定位的要求，所以采用不依赖任何外部设备或先验数据库的惯导定位技术是目前比较稳妥的手段。惯导定位技术是一种完全自主式的导航技术，与普通的定位技术不同的是，它不依赖于导航卫星、无线基站、电子标签等任何辅助设备和先验数据库。

　　对于应急任务室内定位需求来说，定位产品是否能达到实战效果应该从以下几个方面评估或者实际测试：

　　1、 是否可以适应多种步态，典型步态有小碎步走、小跑、侧移、倒退、上下楼等；

　　2、 沿长直线走50米以上，到末端转5个以上圆圈（半径2米以上），再沿原直线走回，评估偏移量，偏移量控制在１%以内的则为优秀产品（惯导存在无法消除的固定角度和位置漂移，只能尽可能降低；

　　3、 反复上下楼梯，评估高度准确度，尤其是楼层判定，看看会不会出现楼层错误，小误差可以接受，但是楼层判错会延误救援甚至造成致命失误；

　　4、 在建筑物内进行实地测试，磁场是惯导室内定位的一个重要信息，可以用来控制惯导的漂移。但是也容易受到外界影响，尤其是建筑物比较紧凑，金属结构比较多，有大型显示屏的环境，应评估定位产品磁场抗干扰特性；

　　5、 有条件的可以进行点火试验，大火会造成温度和气流的急剧变化，如果气压计数据融合没有处理好，高度会有很大偏差，简易测试方法是通过空调调节室内外温差，通过出入室内外测试定位的稳定性；

　　6、 使用是否便捷、是否需要外部基站辅助都可以评估，在消防救援等应急任务中不能完全依赖于任何外部基站，我们的微惯导定位产品GNW-FOEM在无外部基站辅助情况下可以保持45分钟左右的精度可用，在同类产品中比较出众；

　　7、 地图融合算法的优劣，无地图和有地图的情况使用评估，我们的iNav智能定位引擎提供了地图输入接口，在有室内地图信息的条件下，可以长时间保持高精度不漂移，做过的典型试验是在商场内，1小时内精度稳定在2米；

　　8、 数据通信方式的选择，大致分为两类情况，一种是利用运营商网络外传（利用基础网络的覆盖冗余性和其稳健的通信机制），一种是利用专用网络，但是目前还没有一种可以快速部署又便捷可穿戴，能够覆盖消防救援的专用通讯网络（通常能达到覆盖地下一层就已经算性能达标了），如果产品能兼容运营商网络和专用网络就已经是一种比较好的方式了。

　　一种比较可行的产品配置方案是1个主控端 + 4-8个单兵节点配置，如图：

图1 应急任务现场指挥系统方案图

　　每个单兵配备一个定位模块（足部）和手持终端，模块获取人员运动数据后，通过蓝牙通讯传给手持终端，手持终端通过远场通讯设备将数据传递给指挥中心。系统可融入室内地图，水平精度达到0.3%，能准确进行楼层识别。现场、后场多个指挥端可同步显示，有利于消防员现场指挥调度、减少人员伤亡现场，事后可实现任务回放，进行教学和经验总结。