你也許注意到在隧道或高密度環境下，使用手機來導航會出現卡頓。要實現更流暢的導航，以及精準的定位，Mems傳感器大有可用之處，受限于手機的體積，Mems傳感器如何發揮自己的優勢。同時，在Mems傳感器和其他定位技術相融合作用下，將可實現更好的室內定位體驗。

手機內置運動、氣壓傳感器已經普及 兼顧精度、體積、系統優化

“目前手機導航主要還是依賴GPS和WIFI，而在隧道或高密度環境下，這些信號強度弱，或是直接丟星，無法進行導航。此時，實際是可以依靠手機里的MEMS傳感單元的。” ADI亞太區微機電產品市場與應用經理趙延輝說，眾所周知，目前智能機里都集成了眾多MEMS傳感器，比如加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計等。在沒有GPS信號的情況下，可以依靠陀螺儀來判斷方向的變化，可以利用加速度計來判斷速度和位移的變化。但手機里面所用的加速度計和陀螺儀都是消費級產品，無論是瞬時精度、積分精度還是長期穩定性都較差，這是受器件的功耗、體積和封裝的限制。

ADI亞太區微機電產品市場與應用經理 趙延輝

他進一步分析，一般體積和功耗越小，器件的精度會越差，這是設計上的權衡。說到封裝，一般手機里用的都是塑料封裝，這是受成本的限制，塑料封裝對外部環境敏感，比如溫濕度以及壓力的影響。以判斷方向的陀螺儀為舉例，陀螺儀有長時間的零點漂移，那么在你積分換算角度的時候就會有行駛誤差，如前面提到的，對于手機里用的塑料封裝MEMS陀螺儀，它受外部的環境影響很大，隨著時間的變化，這個零點漂移會越來越大，所帶來的誤差也就越來越大。再比如過減速帶的時候，會有上下的顛簸，這時又有兩個指標會影響行駛方向的判斷，一個是陀螺儀對加速度的敏感度，也就是在加速度變化時，會對陀螺的輸出帶來多大的影響；還有一個是交叉軸敏感度，也就是汽車在上下顛簸時，實際行駛方向也會受到影響。要提升這些精度，需要更高精度的MEMS傳感器。除此之外，與地圖匹配運行會是非常重要的，如果軟件做的好，運行軌跡與地圖完全匹配的時候，會對MEMS傳感器的要求降低。這是因為在汽車轉彎的時候，不太可能每隔幾度就有一個彎道，而且這些彎道都在同一點，大部分情況下，一個轉彎點上只有2-4個彎道，這時角度再出現些許偏差，就沒有那么的嚴重。

在傳感器達到一定的精度和尺寸的基礎上，系統優化成為關鍵。Bosch Sensortec亞洲市場及業務發展總監嚴更真接受國際電子商情采訪時表示，目前，以博世最新的傳感器解決方案為例，傳感器本身的精度、各種應用場景下的功耗、尺寸都已經達到了非常高的水準，不是影響室內導航應用的瓶頸。我們目前創新的重點放在針對具體應用場景下的系統最優解決方案。比如針對當前熱點的智能手機、可穿戴、無人機、虛擬現實（VR）、物聯網、智能家居、導航等熱門應用領域，博世傳感器均從整個系統架構最優化的角度推出創新的解決方案。

針對當前利用手機導航的幾個痛點，比如導航的流暢度和利用GPS導航的電池續航能力問題，博世傳感器也推出了創新性的解決方案。如博世的智能傳感器中樞產品 BHI160， 利用其硬件內置的Always-on傳感器算法，可以以微安級的電耗實現如計步器、動作識別、狀態識別等算法，既分擔了主應用處理器的運算量又降低了整個系統的功耗；另一方面BHI160與GPS結合，可以在保證連續導航體驗的情況下大幅減少GPS模塊工作的時間，從而顯著降低整機的功耗。該方案無論在室內導航還是室外導航的情況下，都能顯著提升導航的性能與電池續航能力。

為進一步提高的導航體驗，相對高度的識別也非常重要。大氣壓力傳感器（高度計）的性能及其與GPS的配套解決方案是關鍵。利用博世的最新大氣壓力傳感器BMP280及BMP380， 可以在爬樓梯或乘坐電梯等場景下，非常高精度的識別樓層、高度等。大氣壓力傳感器與GPS的結合，能夠提升室內與室外的立體定位的性能。大氣壓力傳感器可以讓二維平面導航升級為三維立體導航。根據市場報告，博世氣壓傳感器在全球手機市場的年出貨量超過3億顆，在全球市場占有決定性的市場份額。這為進一步提升手機導航的體驗、三維立體導航服務的提供奠定了非常好的硬件基礎。

與其他定位技術融合

“由于半導體電子技術本身的特點，單獨利用MEMS傳感器進行室內定位的挑戰是絕對位置的確定及誤差積累等問題。GPS也有信號干擾、信號不能完全覆蓋等弱點，多技術的融合是必然趨勢。但好的一方面是，當前的智能手機中GPS、WIFI、藍牙的配置也很普及。如何把這些現有的資源整合成一個解決方案是目前業界努力的方向。”嚴更真分析，我們看到，室內定位解決方案目前分兩個層面，即：同一樓層內的位置定位與多層建筑內的樓層及高度識別。

Bosch Sensortec亞洲市場及業務發展總監嚴更真

室內定位及相關技術可以用于在沒有GPS信號或者GPS信號不夠好的情況下，大型商業建筑內的室內導航、大型高層樓宇內救援定位、及GPS信號不好的車庫及隧道內的慣性導航等，以及基于上述場景的相關服務。

目前嘗試進行室內定位的解決方案有多種，由于內置9軸運動傳感器及大氣壓力高度計的智能手機已經非常普及，基于手機內的運動及高度傳感器進行部署的室內定位方案從經濟性和可行性方面更好。

為了達到良好的用戶體驗，室內定位系統對MEMS傳感器本身的性能、多MEMS傳感器的融合算法、MEMS傳感器與GPS及其他解決方案的配合與集成都非常重要。除此之外，室內定位還要考慮的一個重要方面是整機系統的功耗問題。

室內定位的應用場景很多，比如說消防員的室內定位、礦工的井下定位、商家的精準推送、運營商的室內信號強度測試、室內機器人應用等。趙延輝認為，對傳感器的要求是既要有短時的噪聲精度，還要有較長時間的積分精度，更要有長期的穩定性。目前的定位精度取決于是否采用了其他的定位技術，比如Wi-Fi， BEACON， RFID等，如果整合多種定位技術，定位精度可達1米甚至厘米級。單純以MEMS傳感器來看，也要考慮都整合了什么MEMS傳感器，實際使用場景的溫度變化如何，磁場干擾如何，振動如何，佩戴該模塊的人/物體的運動速度如何，是否有運動規律等，以及實際的軟件算法如何。以ADI的一個帶算法的慣性感測單元ADIS16480為例，它能提供運動物體的角度信息，俯仰角、滾轉角的靜態精度可達0.1度，航向角的靜態精度可達0.3度。而動態精度分別是0.3度和0.5度。至于位移，一般沒有運動規律可循的物體，其誤差會受運行時間和運動距離的影響，好的可以做到5分鐘內，《1m的精度。對于有運動規律可循的物體運動，主要受運動距離的影響，一般可以做到《0.5%的誤差。

趙延輝解析，很多迫切的應用場合沒有辦法預建BEACON和WI-FI等設備，比如說在救火時，消防員進入火場，只能依靠自身所帶設備和在火場外圍迅速搭建的參考通信點，這時依靠室內預設的BEACON和WI-FI設備幾乎是不可能的。那么此時，自身所帶設備里的MEMS傳感器就變成了至關重要的一個參數，當然如果是機器人，那可能還會用到編碼器和激光導航等，而支持這些導航方式的高精度傳感器，目前都是價格不菲，少則上百美金，多則上萬美金，所以價格是限制室內導航應用推廣的一個主要因素。另外就是室內導航需要融合多種傳感技術、且對算法要求較高，如果沒有積累，很難一蹴而就，技術門檻很高。

MEMS的優勢是在需要室內導航定位時，不需要預設參考點，隨時可用。且其體積小、重量輕、功耗低、耐沖擊、魯棒性好、啟動時間快、且價格適中。劣勢是各種MEMS傳感器的使用都有一定的局限性，比如加速度在算速度和位移時會有積分誤差，無法區分重力分量的變化和實際加速度的變化；陀螺儀在算角度變化時也會有積分誤差；磁力計會受磁場干擾，比如建筑里的鋼筋；氣壓計在火場等情況下，會對高度產生誤判等。未來，多種技術融合會是大勢所趨，而且很有可能利用SIP的技術，將多種技術融合到一顆器件里面，這樣來幫助室內導航應用實現小型化、便攜化和低成本化。

ADI的MEMS傳感器在室內定位方面已有很多成功應用案例，包括消防員的室內定位，機器人的室內定位，駕考汽車在隧道內的輔助定位等等。ADI既可以提供核心的MEMS器件，比如高精度的加速度計ADXL355，ADXL203，ADXL350和高精度的陀螺儀ADXRS642，ADXRS646，ADXRS290等；又可以提供整合了多個MEMS傳感器的慣性測量單元，比如ADIS16448，ADIS16488，ADIS16460等；還可以提供帶算法輸出的ADIS16480模塊。

近幾年，室內定位市場需求持續高速增長，由于受價格和技術的局限，還沒有爆發。ADI的MEMS傳感器在工業級機器人應用和對可靠性要求較高的場合比如消防員、輔助駕考系統中的應用還是占主導地位，出貨量在百K級別。