您有沒有過這樣的經歷：您正跟著手機的 GPS 在街上行走，突然間 GPS 系統無法確定您的位置？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，此時周邊環境遮擋了您的 GPS 信號。行人航位推算技術就是專門針對此類情景的一項有用技術。

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，來推定未來到達位置的過程。將這個概念延伸到人類運動領域，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（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、步長和方向。如果您知道步長和步數，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成元素。這包括步數檢測、步長、步行方向和設備方向（您是將手機握在手里，還是放在口袋里？）這些基本構成元素拼湊在一起，就能確定總體軌跡。與其他有關計步和活動分類（您在走路、跑步還是靜止不動？）的輸出結果相結合，就能了解您已經行進的距離。

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，因此不必依賴外部測量源（如衛星）。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，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，系統可以隨著時間的推移校正定位。

要在短期內確定方向，IMU 的陀螺儀角位置信息比加速度計或磁力計更可靠。它能在短期內輸出一致、可用的數據。磁力計或加速度計也可以確定方向，但需要更長時間、更穩定的測量。同樣，航位推算在短期內也很有用。GPS 則可以在更長的時間內提供穩定的位置測量。主要優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 (RTLS) 和其他優點/缺點

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

實時定位系統最常用的技術包括超寬帶、藍牙和 Wi-Fi。每種技術的信號各有不同，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簽（例如小型收發器或手機），該標簽可以在這些參考點之間來回發送信號，以便實現定位。

大多數 RTLS 的工作原理是確定相對于標簽的信號強度，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。藍牙可以確定到達角和離開角。如果使用更多的參考點，系統的準確性將進一步提高。這些系統相對一致且具有確定性；但與慣性系統相比，它們的功耗也很高。而在這方面，PDR 再度顯現出顯著優勢。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勢，但 PDR 對 RTLS 或 GPS 系統還有其他好處。為完整起見，我在下面再次給出優勢列表，不過這次匯總的是在任何基于位置的系統中添加 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，從而為標簽/設備省電。

• 填補信號覆蓋空白：如果系統找不到標簽（原因可能是存在遮擋、延遲問題、超出范圍）設備無法連接到衛星，則可以使用 PDR 估算值來填補缺失的數據。

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

• 降低安裝成本：使用 PDR 解決方案時，RTLS 工作所需的信標更少。

切記，PDR 確實是一項出色的技術，但最適合作為各種基于位置的技術的補充。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。但如果在短期內使用，它可以為其他系統增添不少好處。CEVA 深耕傳感器融合領域已有 20 多年，在我們原本就高度精確的慣性傳感器融合的基礎上，開發了強大的 PDR 算法。

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