典型的傳感器融合軟件架構

　　現實(shí)世界設計傳感器融合是一個(gè)高度專(zhuān)業(yè)化的設計領(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以及它們的缺點(diǎn)和交互情況。多年來(lái)，人們的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)被帶進(jìn)導航、智能手機應用和游戲等領(lǐng)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(shí)和精確的結果。

　　在基于傳感器融合的系統中，操作需要進(jìn)行精細調整?，F實(shí)世界中沒(méi)有什么事像“即插即用”這么簡(jiǎn)單。一個(gè)系統的試運行要求必須調整參數，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雜的反復過(guò)程。如今的軟件具有以很高層次執行這種“精細調整”的能力，并且可以向OEM廠(chǎng)商提供簡(jiǎn)單直觀(guān)的濾波器調整程序(圖1)。

　　圖1 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(jiǎn)化成了濾波器調整任務(wù)，它就給開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)有價(jià)值的機會(huì )。通過(guò)適當調整濾波器，開(kāi)發(fā)人員或OEM廠(chǎng)商可以讓最終產(chǎn)品以市場(chǎng)差異化的方式運行。由于所有權衡管理都是自動(dòng)完成的，開(kāi)發(fā)人員可以做出有效的決策，例如在最高穩定性和最高性能之間做出權衡，以便適應最終目標市場(chǎng)。

　　關(guān)鍵性能指標測量設置所有傳感器融合技術(shù)并不等同。在現有的實(shí)現技術(shù)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(jīng)過(guò)驗證的精確庫的正確軟件方法。

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

　　靜態(tài)精度靜態(tài)精度被定義為設備置于穩定位置時(shí)，測量到的設備方位與實(shí)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(gè)位置靜止放置時(shí)收集航向、俯仰和滾轉方面的成套數據。一個(gè)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(hù)可以在羅盤(pán)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(jiàn)到抖動(dòng)(很小的旋轉移動(dòng))。這是由于軟件校正陀螺儀漂移引起的。

　　動(dòng)態(tài)精度動(dòng)態(tài)精度被定義為設備在運動(dòng)時(shí)，測量到的設備方位與實(shí)際設備方位之間的偏差。由于在運動(dòng)期間涉及到旋轉加速度，測量起來(lái)更加困難。動(dòng)態(tài)精度是在手機以不同運動(dòng)模式(8字舞、慢速線(xiàn)性、快速和慢速旋轉以及游戲動(dòng)作)運動(dòng)時(shí)，通過(guò)采集航向、俯仰和滾轉等成套數據進(jìn)行計算的。所有數據都以最快可能的數據速率進(jìn)行采集。

　　在具有低動(dòng)態(tài)精度的設備中，最終用戶(hù)可以看到屏幕上的移動(dòng)與設備實(shí)際運動(dòng)之間有很大偏差。這在增強現實(shí)應用中特別引人注意，因為增強單元的移動(dòng)與現實(shí)世界不是同步的。這也是用戶(hù)在使用虛擬現實(shí)幾分鐘后就感到不滿(mǎn)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)精度也是室內導航應用性能差的主要原因。由于用戶(hù)在已知固定點(diǎn)之間導航(比如從Wi-Fi或藍牙信標開(kāi)始)，傳感器數據可用于計算軌跡。然而，航向誤差將隨著(zhù)時(shí)間的推移而累積，因此具有15°較差動(dòng)態(tài)精度的設備很容易在20s～30s時(shí)間內產(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2)。

　　圖2 方位隨時(shí)間發(fā)生偏離