在創(chuàng)建新的應(yīng)用平臺(tái)和用戶(hù)體驗(yàn)時(shí)，更智能的算法旨在能更有效地處理傳感器融合難題。

傳感器融合能夠通過(guò)整合多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，目前正快速應(yīng)用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、汽車(chē)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。傳感器融合也為新興技術(shù)應(yīng)用注入了活力，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

首先，搞清楚傳感器融合和傳感器中樞（Sensor Hub）的區(qū)別非常重要。傳感器融合從所有傳感器中獲取數(shù)據(jù)，然后使用軟件算法交叉引用多個(gè)信息源，最后創(chuàng)建出一致的圖像。例如，它整合了來(lái)自加速度計(jì)和陀螺儀的數(shù)據(jù)，從而為健身追蹤的可穿戴設(shè)備提供運(yùn)動(dòng)情境感知。

另一方面，傳感器中樞利用傳感器融合提供的信息，并將其轉(zhuǎn)換為有意義的內(nèi)容。它通常是一個(gè)微控制器（MCU）或微處理器（MPU），用于執(zhí)行專(zhuān)門(mén)的任務(wù)，比如計(jì)步器中的計(jì)步功能。

在過(guò)去幾年中，傳感器融合技術(shù)以及傳感器中樞已經(jīng)改變了智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備、游戲控制器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)。它已成為優(yōu)化傳感器架構(gòu)的基本要素，致力于為移動(dòng)用戶(hù)創(chuàng)造新的體驗(yàn)。

這一切都始于智能手機(jī)開(kāi)始整理傳感器的數(shù)據(jù)，比如加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)，用于后蘋(píng)果（iPhone）時(shí)代的導(dǎo)航和活動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用。自那時(shí)起，傳感器融合一直試圖在多個(gè)移動(dòng)平臺(tái)上協(xié)調(diào)不同的傳感器組合，從而創(chuàng)造新的用戶(hù)體驗(yàn)。

智能手機(jī)及其它可穿戴設(shè)備

幾乎所有高端安卓（Android）智能手機(jī)現(xiàn)在都將傳感器融合作為加速度計(jì)、陀螺儀和其它傳感器的連接中樞。首先，在GPS信號(hào)不可用或很差的建筑物內(nèi)，智能手機(jī)制造商正試圖利用傳感器融合改善GPS位置跟蹤和感知。

這時(shí)，傳感器融合可以通過(guò)整合來(lái)自加速度計(jì)、陀螺儀和其它傳感器的數(shù)據(jù)，來(lái)幫助跟蹤設(shè)備的確切位置。例如，集成氣壓傳感器可以增強(qiáng)智能手機(jī)的多項(xiàng)功能，包括天氣預(yù)報(bào)、高度感知以及其它定位的功能。

因此，毫不奇怪，為獲得準(zhǔn)確的室內(nèi)定位，大多數(shù)新的智能手機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)配備了多個(gè)傳感器。

在移動(dòng)領(lǐng)域，傳感器融合技術(shù)的下一個(gè)前沿是可穿戴設(shè)備的發(fā)展領(lǐng)域。在這里，傳感器融合正成為跨越健身、醫(yī)療保健和消費(fèi)市場(chǎng)的可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。

以高通公司Snapdragon Wear 2500芯片為例，這款芯片專(zhuān)為兒童智能手表而設(shè)計(jì)。它采用傳感器融合技術(shù)來(lái)提供位置跟蹤，而不是依靠一個(gè)獨(dú)立的GPS設(shè)備。該芯片內(nèi)置傳感器中樞并預(yù)先集成了傳感器算法，它允許可穿戴設(shè)備制造商增置其它傳感器。

功耗是緊湊型可穿戴設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，它持續(xù)推動(dòng)著節(jié)能算法的發(fā)展。同時(shí)，在促進(jìn)可穿戴設(shè)備為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)、臨床試驗(yàn)和AR/VR電子產(chǎn)品達(dá)到前所未有的精度和準(zhǔn)確性方面，傳感器融合算法發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

軟件補(bǔ)充

在傳感器融合設(shè)計(jì)中，用于保持位置、方向和姿態(tài)感知的算法，為復(fù)雜數(shù)據(jù)分析奠定了至關(guān)重要的基礎(chǔ)。例如，定位和跟蹤算法可以對(duì)不完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行推論，引入冗余和容錯(cuò)，并像人類(lèi)那樣推斷出相關(guān)的信息。

值得麥姆斯咨詢(xún)提醒的是，從事跟蹤和導(dǎo)航系統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)人員，通常會(huì)創(chuàng)建一些內(nèi)部用的軟件工具，但這些工具很難維護(hù)和重復(fù)使用。因此，像MathWorks這樣的公司會(huì)提供一些工具集，允許工程師對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)融合的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和分析。

MathWorks的傳感器融合和跟蹤工具箱使工程師無(wú)需編寫(xiě)自定義庫(kù)就可以探索多種設(shè)計(jì)。這有助于算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，利用真實(shí)和合成的數(shù)據(jù)對(duì)融合架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。此外，還有多目標(biāo)跟蹤器、傳感器融合過(guò)濾器以及運(yùn)動(dòng)和傳感器模型，可以補(bǔ)充工具集。

利用MathWorks傳感器融合和跟蹤工具箱實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)雷達(dá)探測(cè)生成功能

該工具集有助于有源和無(wú)源傳感器的數(shù)據(jù)合成，包括射頻（RF）、聲學(xué)、紅外、GPS和慣性測(cè)量單元（IMU）傳感器，它還包括生成場(chǎng)景和軌跡的工具。它還擴(kuò)展了基于MATLAB的工作流程，幫助工程師開(kāi)發(fā)傳感器融合系統(tǒng)的精確感知算法。

傳感器芯片供應(yīng)商TDK InvenSense公司同時(shí)還提供傳感器融合算法和運(yùn)行時(shí)間校準(zhǔn)固件。這反過(guò)來(lái)不僅消除了對(duì)分立元件的需求，又保證了校準(zhǔn)程序與傳感器融合算法相輔相成，以提供精確和絕對(duì)的定位。

同樣，傳感器供應(yīng)商Bosch Sensortec公司與InterDigital旗下的軟件公司Hillcrest Labs合作，提供一站式傳感器融合解決方案。例如，博世的BNO080和BNO085模塊集成了三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀和磁力計(jì)，以及一個(gè)32位Arm Cortex-M0+微控制器，運(yùn)行Hillcrest的SH-2固件。

博世BNO085系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）模塊運(yùn)行Hillcrest的SH-2固件

SH-2包含了MotionEngine軟件，該軟件提供先進(jìn)的信號(hào)處理算法來(lái)處理傳感器數(shù)據(jù)，并提供精確的實(shí)時(shí)3D定位、航向、校準(zhǔn)加速度和校準(zhǔn)角速度。MotionEngine軟件采用先進(jìn)的校準(zhǔn)和傳感器融合技術(shù)將單個(gè)傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)應(yīng)用，如運(yùn)動(dòng)跟蹤、情境感知、高級(jí)游戲和頭部跟蹤。

創(chuàng)新熱土

傳感器幾乎無(wú)處不在，這使得傳感器融合成為移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案的重要組成部分。因此，傳感器融合技術(shù)將隨著智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和其它移動(dòng)設(shè)備新應(yīng)用的出現(xiàn)而不斷發(fā)展。

傳感器融合在智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)有十多年的歷史了，但事實(shí)證明，傳感器融合仍然可以發(fā)揮更多的作用。例如，傳感器融合技術(shù)在改善傳感器返回?cái)?shù)據(jù)中的噪聲和不準(zhǔn)確方面發(fā)揮著重要作用。尤其是對(duì)于當(dāng)前比較流行的智能傳感語(yǔ)音激活平臺(tái)，這將大大縮短處理時(shí)間。此外，還有支持藍(lán)牙的智能耳機(jī)和可穿戴設(shè)備，為Alexa語(yǔ)音服務(wù)增加了端到端的支持。

在一些始終開(kāi)啟或收聽(tīng)語(yǔ)音的應(yīng)用中，傳感器融合還將在防止電池耗盡和確保觸發(fā)詞有效方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。同時(shí)，新的基于位置的服務(wù)和基于動(dòng)作的游戲環(huán)境將繼續(xù)推動(dòng)傳感器融合技術(shù)進(jìn)入新的創(chuàng)新時(shí)代。