Navigation dead reckoning system based on a mobile phone

Abstract

The problem of pedestrian dead reckoning (PDR) is referred to the class of individual navigation problems. The common solution in mobile phones is the use of satellite navigation (GPS, GLONASS, Galileo, etc.). But satellite signal sometimes can be jammed intentionally or lost due to obstacles in urban area. Also, the problem of PDR is interesting in the user localization in indoor environment such as large garages, city molls, etc. Instrumentation of smartphones is now based on Micro-Electro-Mechanical Sensors (MEMS) technology and includes standard set of Inertial Measurement Unit (IMU): accelerometers, gyroscopes, magnetometers and pressure sensor (optionally). Accelerometers can be used to detect step events and further to calculate lengths. But it is sensitive to walking speed, slope of the road, etc., which leads to inaccurate results of calculating the stride length. Also, as any dead reckoning technique PDR suffers from the cumulative error. Since the location estimate is always calculated based on the previous result, the error accumulates rapidly over time. This means that correction updates are necessary on regular basis.

Проблема обліку загибелі пішоходів (ОЗП) відноситься до класу індивідуальних проблем навігації. Загальним рішенням у мобільних телефонах є використання супутникової навігації (GPS, ГЛОНАСС, Galileo тощо). Але супутниковий сигнал іноді може бути заклинений навмисно або втрачений через перешкоди в міській місцевості. Крім того, проблема ОЗП цікава в локалізації користувачів у приміщенні, наприклад, у великих гаражах, міських торгових центрах тощо. Зараз прилади для смартфонів засновані на технології мікро-електромеханічні датчики (MEМД) і включають стандартний набір інерційних вимірювальних приладів (IВП): акселерометри, гіроскопи, магнітометри та датчик тиску (за бажанням). Акселерометри можна використовувати для виявлення крокових подій та подальшого обчислення довжин. Але він чутливий до швидкості ходьби, нахилу дороги тощо, що призводить до неточних результатів розрахунку довжини кроку. Крім того, як і будь-яка техніка розрахунок критичних випадків, ОЗП залежить від сукупної помилки. Оскільки оцінювання місця розташування завжди обчислюється на основі попереднього результату, помилка швидко накопичується з часом. Це означає, що необхідні регулярні оновлення виправлень.