典型的傳感器融合軟件架構(gòu)

　　現(xiàn)實世界設(shè)計傳感器融合是一個高度專業(yè)化的設(shè)計領(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節(jié)以及它們的缺點和交互情況。多年來，人們的關(guān)注點已經(jīng)被帶進導(dǎo)航、智能手機應(yīng)用和游戲等領(lǐng)域。但直到現(xiàn)在，借助大量知識的儲備和累積，才使得人們可以獲得真實和精確的結(jié)果。

　　在基于傳感器融合的系統(tǒng)中，操作需要進行精細調(diào)整?，F(xiàn)實世界中沒有什么事像“即插即用”這么簡單。一個系統(tǒng)的試運行要求必須調(diào)整參數(shù)，而且每個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1)。

　　圖1 典型的傳感器融合軟件架構(gòu)

　　預(yù)定義濾波器使得精細調(diào)整速度更快既然傳感器融合操作的精細調(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)人員提供了一個有價值的機會。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)品以市場差異化的方式運行。由于所有權(quán)衡管理都是自動完成的，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。

　　關(guān)鍵性能指標(biāo)測量設(shè)置所有傳感器融合技術(shù)并不等同。在現(xiàn)有的實現(xiàn)技術(shù)和測試方面，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)過驗證的精確庫的正確軟件方法。

　　所有硬件在接口和時序參數(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)移動產(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)用同時記錄的矢量進行比較。使用這種基于攝像機的系統(tǒng)允許對最終商用設(shè)備進行直接比較。

　　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，測量到的設(shè)備方位與實際設(shè)備方位之間的偏差。為了計算靜態(tài)精度，需要手機在多個位置靜止放置時收集航向、俯仰和滾轉(zhuǎn)方面的成套數(shù)據(jù)。一個設(shè)備的靜態(tài)精度主要受磁力計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(很小的旋轉(zhuǎn)移動)。這是由于軟件校正陀螺儀漂移引起的。

　　動態(tài)精度動態(tài)精度被定義為設(shè)備在運動時，測量到的設(shè)備方位與實際設(shè)備方位之間的偏差。由于在運動期間涉及到旋轉(zhuǎn)加速度，測量起來更加困難。動態(tài)精度是在手機以不同運動模式(8字舞、慢速線性、快速和慢速旋轉(zhuǎn)以及游戲動作)運動時，通過采集航向、俯仰和滾轉(zhuǎn)等成套數(shù)據(jù)進行計算的。所有數(shù)據(jù)都以最快可能的數(shù)據(jù)速率進行采集。

　　在具有低動態(tài)精度的設(shè)備中，最終用戶可以看到屏幕上的移動與設(shè)備實際運動之間有很大偏差。這在增強現(xiàn)實應(yīng)用中特別引人注意，因為增強單元的移動與現(xiàn)實世界不是同步的。這也是用戶在使用虛擬現(xiàn)實幾分鐘后就感到不滿意的原因之一。

　　雖然直接關(guān)系不是很明顯，但大誤差的動態(tài)精度也是室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用性能差的主要原因。由于用戶在已知固定點之間導(dǎo)航(比如從Wi-Fi或藍牙信標(biāo)開始)，傳感器數(shù)據(jù)可用于計算軌跡。然而，航向誤差將隨著時間的推移而累積，因此具有15°較差動態(tài)精度的設(shè)備很容易在20s～30s時間內(nèi)產(chǎn)生超過100°的累積誤差。諸如地圖匹配等更高層處理也許可以做些修正，但代價是更大的功耗(圖2)。

　　圖2 方位隨時間發(fā)生偏離