如何利用傳感器融合增強設備性能

　　加速度計

　　加速度計只能測量因設備運動引起的加速度和因重力引起的加速度在內的總加速度值，而不能檢測二者之間的區(qū)別，因此需要將重力和運動分開來：

　　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。當設備處于靜止狀態(tài)時，重力傳感器的輸出應該與加速度計的輸出相同。

　　線性加速度可以被看作是一個指示每個設備軸向加速度的三維矢量，并且在手機應用中被認為與重力分量無關。

　　此時就用得到陀螺儀了。陀螺儀可以用來檢測設備何時處于靜止狀態(tài)，并觸發(fā)重力矢量偏移校準的計算。結果可再轉而用于計算設備運動過程中的動態(tài)分量(線性加速度)。

　　陀螺儀

　　陀螺儀可以提供圍繞著三個軸的旋轉速度，因此可以用來跟蹤設備在運動中的方位。陀螺儀可以跟蹤的旋轉速度高達2000度每秒(dps)，而磁力計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位置，因此需要有一個不失真的磁力傳感器作為參考。

　　所有消費級陀螺儀都存在固有的漂移誤差，因此即使設備處于穩(wěn)定狀態(tài)，陀螺儀也會隨著時間和溫度的變化發(fā)生一定程度的旋轉。為了糾正這些誤差，可以用高穩(wěn)定性的加速度計檢測靜止狀態(tài)，然后經計算進行適當的補償。

　　現實世界設計

　　傳感器融合是一個高度專業(yè)化的設計領域，需要熟練掌握建模和仿真技術。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，人們的關注點已經被帶進導航、智能手機應用和游戲等領域。但直到現在，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果。

　　在基于傳感器融合的系統(tǒng)中，操作需要進行精細調整?，F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整參數，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雜的反復過程。如今的軟件具有以很高層次執(zhí)行這種“精細調整”的能力，并且可以向OEM廠商提供簡單直觀的濾波器調整程序(圖2)。

　　圖2：典型的傳感器融合軟件架構。

　　預定義濾波器使得精細調整速度更快

　　既然傳感器融合操作的精細調整已發(fā)展并簡化成了濾波器調整任務，它就給開發(fā)人員提供了一個有價值的機會。通過適當調整濾波器，開發(fā)人員或OEM廠商可以讓最終產品以市場差異化的方式運行。由于所有權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衡，以便適應最終目標市場。

　　關鍵性能指標測量設置

　　所有傳感器融合技術并不等同。在現有的實現技術和測試方面，不同供應商之間有很大差異。為了得到正確結果，必須采用含有經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記根據物體(本例中是智能手機)移動產生方位矢量。方位矢量再與傳感器創(chuàng)建的、用數據記錄應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)允許對最終商用設備進行直接比較。

　　靜態(tài)精度

　　靜態(tài)精度被定義為設備置于穩(wěn)定位置時，測量到的設備方位與實際設備方位之間的偏差。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、俯仰和滾轉方面的成套數據。一個設備的靜態(tài)精度主要受磁力計和陀螺儀的硬件參數以及軟件中給它們分別分配的權重影響。在具有低靜態(tài)精度值的設備中，最終用戶可以在羅盤或地圖應用的絕對航向中看到很大偏差，當設備處于靜態(tài)狀態(tài)，他們還能在交互式應用中見到抖動(很小的旋轉移動)。這是由于軟件校正陀螺儀漂移引起的。