如何利用傳感器融合增強(qiáng)設(shè)備性能

　　動(dòng)態(tài)精度

　　動(dòng)態(tài)精度被定義為設(shè)備在運(yùn)動(dòng)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。由于在運(yùn)動(dòng)期間涉及到旋轉(zhuǎn)加速度，測(cè)量起來(lái)更加困難。動(dòng)態(tài)精度是在手機(jī)以不同運(yùn)動(dòng)模式(8字舞、慢速線性、快速和慢速旋轉(zhuǎn)以及游戲動(dòng)作)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)采集航向、俯仰和滾轉(zhuǎn)等成套數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的。所有數(shù)據(jù)都以最快可能的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行采集。

　　在具有低動(dòng)態(tài)精度的設(shè)備中，最終用戶可以看到屏幕上的移動(dòng)與設(shè)備實(shí)際運(yùn)動(dòng)之間有很大偏差。這在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中特別引人注意，因?yàn)樵鰪?qiáng)單元的移動(dòng)與現(xiàn)實(shí)世界不是同步的。這也是用戶在使用虛擬現(xiàn)實(shí)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(dòng)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(diǎn)之間導(dǎo)航(比如從Wi-Fi或藍(lán)牙信標(biāo)開(kāi)始)，傳感器數(shù)據(jù)可用于計(jì)算軌跡。然而，航向誤差將隨著時(shí)間的推移而累積，因此具有15°較差動(dòng)態(tài)精度的設(shè)備很容易在20s～30s時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生超過(guò)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(jià)是更大的功耗(圖3)。

　　圖3：方位隨時(shí)間發(fā)生偏離。

　　校準(zhǔn)時(shí)間

　　校準(zhǔn)時(shí)間被定義為在純凈的磁場(chǎng)環(huán)境中校準(zhǔn)設(shè)備中的磁力傳感器，使之從未校準(zhǔn)狀態(tài)到完全校準(zhǔn)狀態(tài)所需的時(shí)間。所有磁性傳感器都需要進(jìn)行校準(zhǔn)，但用于校準(zhǔn)的方法定義了最終用戶是否需要校準(zhǔn)以及如何去校準(zhǔn)。

　　一些設(shè)備采用8字舞校準(zhǔn)方法，即提示最終用戶將設(shè)備在空氣中做8字運(yùn)動(dòng)完成設(shè)備的校準(zhǔn)。即使是由有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試人員來(lái)做，這種方法也要花5s～6s的時(shí)間才能完成設(shè)備校準(zhǔn)。

　　具有較短校準(zhǔn)時(shí)間的設(shè)備使用陀螺儀校準(zhǔn)磁力傳感器，這意味著校準(zhǔn)可以在背景中運(yùn)行，所要求的設(shè)備移動(dòng)幅度要小得多。這些移動(dòng)通常在正常操作中進(jìn)行，最終用戶永遠(yuǎn)不必主動(dòng)去校準(zhǔn)傳感器。博世傳感器技術(shù)公司的快速磁力校準(zhǔn)(FMC)算法就是使用后一種方法來(lái)確保較短的校準(zhǔn)時(shí)間。

　　方位穩(wěn)定時(shí)間

　　方位穩(wěn)定時(shí)間被定義為“運(yùn)動(dòng)之后”到達(dá)精確、穩(wěn)定方位狀態(tài)所需的時(shí)間。方位穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)盡可能短，以便用戶看不到他們停止移動(dòng)設(shè)備與設(shè)備停止移動(dòng)并穩(wěn)定到正確位置之間的延遲。當(dāng)設(shè)備的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度都很差時(shí)，設(shè)備上的這種延遲就很明顯，因?yàn)樾枰鄷r(shí)間校正移動(dòng)中累積的誤差。這種效應(yīng)在需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的游戲和虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中尤其令人討厭。

　　從詳細(xì)的評(píng)估和分析來(lái)看，顯然本文所述的傳感器融合現(xiàn)在可以廣泛應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，用戶可以在性能和精度方面獲得有價(jià)值的升級(jí)。雖然硬件和軟件方面的概念和工程技術(shù)比較復(fù)雜，但對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，從當(dāng)前傳感器融合過(guò)渡到這種先進(jìn)解決方案的任務(wù)卻相對(duì)簡(jiǎn)單。

　　傳感器融合技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段。通過(guò)將傳感器和傳感器融合構(gòu)建模塊設(shè)計(jì)到相同封裝中，可以確保這些單元得到最優(yōu)化，并能夠很好地協(xié)同工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不再需要在組裝、優(yōu)化和調(diào)試傳統(tǒng)“永遠(yuǎn)在線”子系統(tǒng)方面花費(fèi)時(shí)間，因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)，每個(gè)器件都對(duì)最高精度和最低功耗做了優(yōu)化。

　　這種高度的技術(shù)和設(shè)計(jì)創(chuàng)造性帶給開(kāi)發(fā)人員的優(yōu)勢(shì)，可以給OEM廠商提供巨大好處，他們不僅能夠向市場(chǎng)推出高度差異化的產(chǎn)品，而且其向用戶提供的整個(gè)新一代電子設(shè)備還將具有顯著改進(jìn)的性能和功效。