如何利用傳感器融合增強(qiáng)設(shè)備性能

　　加速度計(jì)

　　加速度計(jì)只能測(cè)量因設(shè)備運(yùn)動(dòng)引起的加速度和因重力引起的加速度在內(nèi)的總加速度值，而不能檢測(cè)二者之間的區(qū)別，因此需要將重力和運(yùn)動(dòng)分開來：

　　線性加速度=加速度-重力加速度

　　可以將重力矢量想象為一種指示重力方向和幅度的三維矢量。當(dāng)設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，重力傳感器的輸出應(yīng)該與加速度計(jì)的輸出相同。

　　線性加速度可以被看作是一個(gè)指示每個(gè)設(shè)備軸向加速度的三維矢量，并且在手機(jī)應(yīng)用中被認(rèn)為與重力分量無關(guān)。

　　此時(shí)就用得到陀螺儀了。陀螺儀可以用來檢測(cè)設(shè)備何時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，并觸發(fā)重力矢量偏移校準(zhǔn)的計(jì)算。結(jié)果可再轉(zhuǎn)而用于計(jì)算設(shè)備運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)分量(線性加速度)。

　　陀螺儀

　　陀螺儀可以提供圍繞著三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)速度，因此可以用來跟蹤設(shè)備在運(yùn)動(dòng)中的方位。陀螺儀可以跟蹤的旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)2000度每秒(dps)，而磁力計(jì)可跟蹤的速度被限制在約400dps以下。但是，陀螺儀只能輸出相對(duì)位置，因此需要有一個(gè)不失真的磁力傳感器作為參考。

　　所有消費(fèi)級(jí)陀螺儀都存在固有的漂移誤差，因此即使設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)，陀螺儀也會(huì)隨著時(shí)間和溫度的變化發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)。為了糾正這些誤差，可以用高穩(wěn)定性的加速度計(jì)檢測(cè)靜止?fàn)顟B(tài)，然后經(jīng)計(jì)算進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。

　　現(xiàn)實(shí)世界設(shè)計(jì)

　　傳感器融合是一個(gè)高度專業(yè)化的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，需要熟練掌握建模和仿真技術(shù)。它要求盡最大可能地理解傳感器的工作細(xì)節(jié)以及它們的缺點(diǎn)和交互情況。多年來，人們的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)被帶進(jìn)導(dǎo)航、智能手機(jī)應(yīng)用和游戲等領(lǐng)域。但直到現(xiàn)在，借助大量知識(shí)的儲(chǔ)備和累積，才使得人們可以獲得真實(shí)和精確的結(jié)果。

　　在基于傳感器融合的系統(tǒng)中，操作需要進(jìn)行精細(xì)調(diào)整?，F(xiàn)實(shí)世界中沒有什么事像“即插即用”這么簡單。一個(gè)系統(tǒng)的試運(yùn)行要求必須調(diào)整參數(shù)，而且每個(gè)傳感器的操作之間存在交互，因此很容易變成高度復(fù)雜的反復(fù)過程。如今的軟件具有以很高層次執(zhí)行這種“精細(xì)調(diào)整”的能力，并且可以向OEM廠商提供簡單直觀的濾波器調(diào)整程序(圖2)。

　　圖2：典型的傳感器融合軟件架構(gòu)。

　　預(yù)定義濾波器使得精細(xì)調(diào)整速度更快

　　既然傳感器融合操作的精細(xì)調(diào)整已發(fā)展并簡化成了濾波器調(diào)整任務(wù)，它就給開發(fā)人員提供了一個(gè)有價(jià)值的機(jī)會(huì)。通過適當(dāng)調(diào)整濾波器，開發(fā)人員或OEM廠商可以讓最終產(chǎn)品以市場(chǎng)差異化的方式運(yùn)行。由于所有權(quán)衡管理都是自動(dòng)完成的，開發(fā)人員可以做出有效的決策，例如在最高穩(wěn)定性和最高性能之間做出權(quán)衡，以便適應(yīng)最終目標(biāo)市場(chǎng)。

　　關(guān)鍵性能指標(biāo)測(cè)量設(shè)置

　　所有傳感器融合技術(shù)并不等同。在現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和測(cè)試方面，不同供應(yīng)商之間有很大差異。為了得到正確結(jié)果，必須采用含有經(jīng)過驗(yàn)證的精確庫的正確軟件方法。

　　所有硬件在接口和時(shí)序參數(shù)方面必須兼容和匹配。合理的方法是確保攝像頭系統(tǒng)的性能，這些系統(tǒng)將通過跟蹤物體上的標(biāo)記根據(jù)物體(本例中是智能手機(jī))移動(dòng)產(chǎn)生方位矢量。方位矢量再與傳感器創(chuàng)建的、用數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用同時(shí)記錄的矢量進(jìn)行比較。使用這種基于攝像機(jī)的系統(tǒng)允許對(duì)最終商用設(shè)備進(jìn)行直接比較。

　　靜態(tài)精度

　　靜態(tài)精度被定義為設(shè)備置于穩(wěn)定位置時(shí)，測(cè)量到的設(shè)備方位與實(shí)際設(shè)備方位之間的偏差。為了計(jì)算靜態(tài)精度，需要手機(jī)在多個(gè)位置靜止放置時(shí)收集航向、俯仰和滾轉(zhuǎn)方面的成套數(shù)據(jù)。一個(gè)設(shè)備的靜態(tài)精度主要受磁力計(jì)和陀螺儀的硬件參數(shù)以及軟件中給它們分別分配的權(quán)重影響。在具有低靜態(tài)精度值的設(shè)備中，最終用戶可以在羅盤或地圖應(yīng)用的絕對(duì)航向中看到很大偏差，當(dāng)設(shè)備處于靜態(tài)狀態(tài)，他們還能在交互式應(yīng)用中見到抖動(dòng)(很小的旋轉(zhuǎn)移動(dòng))。這是由于軟件校正陀螺儀漂移引起的。