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(dǎo)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)航裝置中，該誤差通常也會太大，從而導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)施技術(shù)（例如WiFi，BLE信標(biāo)或其他基于RF或基于攝像頭的錨定技術(shù)）進(jìn)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(zhǔn)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(yīng)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(dǎo)航中的表現(xiàn)非常差。在幾分鐘之內(nèi)，可能會累積多達(dá)數(shù)百米甚至數(shù)千米的定位誤差，從而使其慣性導(dǎo)航功效無法使用。但是，它們可以通過航位推測法合理地應(yīng)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(yuǎn)來跟蹤用戶的位置。如果IMU可以提供相對于北方的相對準(zhǔn)確的方向（磁羅盤），然后測量用戶已經(jīng)走了多遠(yuǎn)（步進(jìn)計數(shù)），則可以構(gòu)建一個相當(dāng)準(zhǔn)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(yīng)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(dāng)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(yīng)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(zhǔn)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(zhǔn)確確定行進(jìn)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(jìn)時在任何給定方向上行進(jìn)了多遠(yuǎn)。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(dāng)準(zhǔn)確的行駛距離?，F(xiàn)代里程表的精確度可達(dá)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(shè)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(fù)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(jìn)行計數(shù)，然后將行進(jìn)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(dǎo)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(dá)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(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　尋找坐標(biāo)

　　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(zhǔn)確地確定向下的方向（朝向地球中心）。陀螺儀可以準(zhǔn)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(jìn)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(yán)重的問題。除了校準(zhǔn)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)。