The use of a standalone Global Navigation Satellite System (GNSS) has proved to be insufficient when navigating indoors or in urban canyons due to multipath or obstruction. Recent technological advances in low cost micro-electro-mechanical system (MEMS) – based sensors (like accelerometers, gyroscopes and magnetometers) enabled the development of sensor-based navigation systems. Although MEMS sensors are low-cost, lightweight, small size, and have low-power consumption, they have complex error characteristics. Accurate computation of the heading angle (azimuth) is one of the most important aspects of any navigation system. It can be computed either by gyroscopes or magnetometers. Gyroscopes are inertial sensors that can provide the angular rate from which the heading can be calculated, however, their outputs drift with time. Moreover, the accumulated errors due to mathematical integration, performed to obtain the heading angle, lead to large heading errors. On the other hand, magnetometers do not suffer from drift and the calculation of heading does not suffer from error accumulation. They can provide an absolute heading from the magnetic north by sensing the earth’s magnetic field. However, magnetometer readings are usually affected by magnetic fields, other than the earth magnetic field, and by other error sources; therefore magnetometer calibration is required to use magnetometer as a reliable source of heading in navigation applications. In this thesis, a framework for fast magnetometer calibration is proposed. This framework requires little space coverage with no user involvement in the calibration process, and does not need specific movements to be performed. The proposed techniques are capable of performing both 2-dimensional (2D) and 3-dimensional (3D) calibration for magnetometers. They are developed to consider different scenarios suitable for different applications, and can benefit from natural device movements. Some applications involve tethering the magnetometers to the moving platform (like in cars and machinery applications). Other applications are related to portable navigation (smartphone navigation, whether for pedestrians or while driving). The developed framework was examined through experimental work to verify its performance and robustness. / Thesis (Master, Electrical & Computer Engineering) -- Queen's University, 2013-05-01 00:52:30.274

Vários tipos de sensores têm sido explorados na construção de mecanismos para capturar, por exemplo, movimentos dos olhos, da cabeça, ou do tórax do usuário. A construção de dispositivos de interação baseados em tais sensores demandam conhecimentos especializados. O trabalho aqui reportado teve como objetivo desenvolver uma arquitetura de componentes de hardware e software que fornece, como dados de entrada para aplicações computacionais, eventos capturados de sensores tais como os que detectam inclinação, rotação e aceleração. A pesquisa envolveu a concepção e a implementação de uma arquitetura em camadas que possui, em sua base, uma camada de hardware composta por um conjunto de sensores e circuitos apropriados que mensuram eventos físicos e, nas demais camadas, componentes de software que permitem associar uma semântica de dados de entrada para aplicações aos dados primitivos provenientes dos sensores e das camadas intermediárias. Como resultado, a arquitetura disponibiliza os dados dos sensores como eventos em alto nível, que podem ser associados a operações de interação usuário-computador típicas de um mouse, de um teclado ou de um joystick, por exemplo. A implementação de um dispositivo de interação baseado em sensores é facilitada, por um lado, pelo fato de o tratamento de erros associado ao uso de sensores poder ter sido realizado nas camadas inferiores e, por outro, pelo fato de os dados serem apresentados em um alto nível de abstração que não exige conhecimento específico sobre o uso do hardware associado. Como estudo de caso, criouse um dispositivo de interação que permite interações típicas de um mouse, e que pode ser usado por usuários tetraplégicos, que possuam controle fino dos movimentos da cabeça e ausência de deficiências visuais / Some types of sensors have been explored in the construction of mechanisms to capture, for example, movements of the eyes, the head, or the thorax of the user. The construction of devices of interaction based in such sensors demand specialized knowledge. The work reported here had as objective to develop an architecture of components of the hardware and software that it supplies, as given of entrance for computational applications, captured events of sensors such as the ones that detect inclination, rotation and acceleration. The research involved the conception and the implementation of a in layers architecture that it possesss, in its base, a composed layer of the hardware for a set of sensors and appropriate circuits that measure physical events and, in the too much layers, software components that allow to associate a semantics of data of entrance for applications to the primitive data proceeding from the sensors and the intermediate layers. As result, the architecture makes available the data of the sensors as events in high level, that can be associates the operations of typical interaction one user-computer mouse, of a keyboard or one joystick, for example. The implementation of a device of interaction based on sensors is facilitated, on the other hand, for the fact of the treatment of errors associated to the use of sensors to be able to have been carried through in inferior layers e, for another one, the fact of the data to be presented in one high level of abstraction that does not demand specific knowledge on the use of the associated hardware. As case study, an interaction device was created that allows typical interactions of one mouse, and that it can be used for tetraplegic users, who possess fine control of the movements of the head and absence of visual deficiencies

Vários tipos de sensores têm sido explorados na construção de mecanismos para capturar, por exemplo, movimentos dos olhos, da cabeça, ou do tórax do usuário. A construção de dispositivos de interação baseados em tais sensores demandam conhecimentos especializados. O trabalho aqui reportado teve como objetivo desenvolver uma arquitetura de componentes de hardware e software que fornece, como dados de entrada para aplicações computacionais, eventos capturados de sensores tais como os que detectam inclinação, rotação e aceleração. A pesquisa envolveu a concepção e a implementação de uma arquitetura em camadas que possui, em sua base, uma camada de hardware composta por um conjunto de sensores e circuitos apropriados que mensuram eventos físicos e, nas demais camadas, componentes de software que permitem associar uma semântica de dados de entrada para aplicações aos dados primitivos provenientes dos sensores e das camadas intermediárias. Como resultado, a arquitetura disponibiliza os dados dos sensores como eventos em alto nível, que podem ser associados a operações de interação usuário-computador típicas de um mouse, de um teclado ou de um joystick, por exemplo. A implementação de um dispositivo de interação baseado em sensores é facilitada, por um lado, pelo fato de o tratamento de erros associado ao uso de sensores poder ter sido realizado nas camadas inferiores e, por outro, pelo fato de os dados serem apresentados em um alto nível de abstração que não exige conhecimento específico sobre o uso do hardware associado. Como estudo de caso, criouse um dispositivo de interação que permite interações típicas de um mouse, e que pode ser usado por usuários tetraplégicos, que possuam controle fino dos movimentos da cabeça e ausência de deficiências visuais / Some types of sensors have been explored in the construction of mechanisms to capture, for example, movements of the eyes, the head, or the thorax of the user. The construction of devices of interaction based in such sensors demand specialized knowledge. The work reported here had as objective to develop an architecture of components of the hardware and software that it supplies, as given of entrance for computational applications, captured events of sensors such as the ones that detect inclination, rotation and acceleration. The research involved the conception and the implementation of a in layers architecture that it possesss, in its base, a composed layer of the hardware for a set of sensors and appropriate circuits that measure physical events and, in the too much layers, software components that allow to associate a semantics of data of entrance for applications to the primitive data proceeding from the sensors and the intermediate layers. As result, the architecture makes available the data of the sensors as events in high level, that can be associates the operations of typical interaction one user-computer mouse, of a keyboard or one joystick, for example. The implementation of a device of interaction based on sensors is facilitated, on the other hand, for the fact of the treatment of errors associated to the use of sensors to be able to have been carried through in inferior layers e, for another one, the fact of the data to be presented in one high level of abstraction that does not demand specific knowledge on the use of the associated hardware. As case study, an interaction device was created that allows typical interactions of one mouse, and that it can be used for tetraplegic users, who possess fine control of the movements of the head and absence of visual deficiencies