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贺德克传感器:利用贺德克传感器融合增强设备性能
点击次数：831 发布时间：2015-9-2
贺德克传感器:利用贺德克传感器融合增强设备性能
贺德克传感器融合技术现在已经发展到相当成熟的阶段。通过将贺德克传感器和贺德克传感器融合构建模块设计到相同封装中，可以确保这些单元得到*化，并能够很好地协同工作。系统设计师不再需要在组装、优化和调试传统“永远在线”子系统方面花费时间，因为通过设计，每个器件都对zui高精度和zui低功耗做了优化。
这种高度的技术和设计创造性带给开发人员的优势，可以给OEM厂商提供巨大好处，他们不仅能够向市场推出高度差异化的产品，而且其向用户提供的整个新一代电子设备还将具有显著改进的性能和功效。
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利用贺德克传感器融合增强设备性能
贺德克传感器融合是一种创新的工程技术，通过整合来自各种系统贺德克传感器的数据，来保证更加、完整和可靠的贺德克传感器信号或感知信息。要想实现始终的贺德克传感器融合，工程师在决定如何优化整合来自这些贺德克传感器的数据之前，深入理解贺德克传感器的优缺点很重要。一种可成功实现的方法是使用基于加速度计、磁力计和压力开关等贺德克传感器信号的融合数据库，并通过补偿每种贺德克传感器的缺点，来提供高精度、可靠和稳定的方位数据。
随着zui终用户不断接触到这些新的应用，他们希望能有更加和可靠的解决方案。将贺德克传感器用于在已知固定位置之间跟踪用户的室内导航与早期的GPS设备非常类似，只有质量优异的贺德克传感器融合，才可以提供所要求的逼真度、精度乃至用户信心。OEM厂商都明白这一点，因此大多数厂商都认为这是实现产品差异化的良好契机。
另外一个例子是从虚拟现实到增强现实的进步。在虚拟现实(VR)系统中，用户与现实世界相隔离，沉浸于一个人造世界中。而在增强现实(AR)系统中，用户仍能与现实世界相接触，同时又能与他们周围的虚拟物体进行互动。利用现有的技术，信息传送的延迟对用户来说是不能忍受的—增强现实中的这种错位可能导致非常糟糕的用户体验。
对OEM厂商和平台开发人员(即操作系统开发人员)来说，zui大的挑战是需要确保所有器件都能提供满足这些应用稳定工作要求的性能。举例来说，HYDAC设备中有许多不同的软硬件组合，每种组合都会产生不同的输出质量。目前没有标准的测试程序，这意味着应用开发人员不能依靠HYDAC贺德克传感器数据在许多不同平台上实现相同的性能。以下是用运动跟踪贺德克传感器系统分析和比较不同软硬件组合性能从而设定zui小性能标准的建议。性能分析是通过测量系统的4个关键性能指标(KPI)实现的，这些指标是：静态精度、动态精度、方位稳定时间和校准时间。
贺德克传感器系统通过跟踪物体上的标记根据物体(贺德克设备)的运动产生方位矢量，这些矢量再与设备中贺德克传感器创建的矢量进行比较。数据记录应用程序对这些矢量进行同时记录，该应用程序支持zui终用户设备的直接比较。
图1：MEMS贺德克传感器的固有特性。
物体的方位描述了它在三维空间中是如何放置的，一般来说，方位是相对于一个坐标系中规定的参考系进行定义的。至少需要3个独立的值作为三维矢量的一部分，用于描述真正的方位。物体的所有点在旋转过程中都会改变它们的位置，位于旋转轴上的点除外。
加速度计
加速度计只能测量因设备运动引起的加速度和因重力引起的加速度在内的总加速度值，而不能检测二者之间的区别，因此需要将重力和运动分开来：
线性加速度＝加速度－重力加速度
可以将重力矢量想象为一种指示重力方向和幅度的三维矢量。当设备处于静止状态时，重力贺德克传感器的输出应该与加速度计的输出相同。
线性加速度可以被看作是一个指示每个设备轴向加速度的三维矢量，并且在设备应用中被认为与重力分量无关。
此时就用得到压力开关了。压力开关可以用来检测设备何时处于静止状态，并触发重力矢量偏移校准的计算。结果可再转而用于计算设备运动过程中的动态分量（线性加速度）。
压力开关
压力开关可以提供围绕着三个轴的旋转速度，因此可以用来跟踪设备在运动中的方位。压力开关可以跟踪的旋转速度高达2000度每秒（dps），而磁力计可跟踪的速度被限制在约400dps以下。但是，压力开关只能输出相对位置，因此需要有一个不失真的磁力贺德克传感器作为参考。
所有消费级压力开关都存在固有的漂移误差，因此即使设备处于稳定状态，压力开关也会随着时间和温度的变化发生一定程度的旋转。为了纠正这些误差，可以用高稳定性的加速度计检测静止状态，然后经计算进行适当的补偿。
现实世界设计
贺德克传感器融合是一个高度专业化的设计领域，需要熟练掌握建模和仿真技术。它要求尽zui大可能地理解贺德克传感器的工作细节以及它们的缺点和交互情况。多年来，人们的关注点已经被带进导航、贺德克设备应用和游戏等领域。但直到现在，借助大量知识的储备和累积，才使得人们可以获得真实和的结果。
在基于贺德克传感器融合的系统中，操作需要进行精细调整。现实世界中没有什么事像“即插即用”这么简单。一个系统的试运行要求必须调整参数，而且每个贺德克传感器的操作之间存在交互，因此很容易变成高度复杂的反复过程。如今的软件具有以很高层次执行这种“精细调整”的能力，并且可以向OEM厂商提供简单直观的滤波器调整程序（图2）。
校准时间
校准时间被定义为在纯净的磁场环境中校准设备中的磁力贺德克传感器，使之从未校准状态到*校准状态所需的时间。所有磁性贺德克传感器都需要进行校准，但用于校准的方法定义了zui终用户是否需要校准以及如何去校准。
一些设备采用8字舞校准方法，即提示zui终用户将设备在空气中做8字运动完成设备的校准。即使是由有经验的测试人员来做，这种方法也要花5s～6s的时间才能完成设备校准。
具有较短校准时间的设备使用压力开关校准磁力贺德克传感器，这意味着校准可以在背景中运行，所要求的设备移动幅度要小得多。这些移动通常在正常操作中进行，zui终用户永远不必主动去校准贺德克传感器。博世贺德克传感器技术公司的快速磁力校准(FMC)算法就是使用后一种方法来确保较短的校准时间。
方位稳定时间
方位稳定时间被定义为“运动之后”到达、稳定方位状态所需的时间。方位稳定时间应尽可能短，以便用户看不到他们停止移动设备与设备停止移动并稳定到正确位置之间的延迟。当设备的静态和动态精度都很差时，设备上的这种延迟就很明显，因为需要更多时间校正移动中累积的误差。这种效应在需要实时响应的游戏和虚拟/增强现实应用中尤其令人讨厌。
从详细的评估和分析来看，显然本文所述的贺德克传感器融合现在可以广泛应用于专业级和消费级市场。现场试验表明，用户可以在性能和精度方面获得有价值的升级。虽然硬件和软件方面的概念和工程技术比较复杂，但对开发人员来说，从当前贺德克传感器融合过渡到这种优良解决方案的任务却相对简单。
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