Wie können wir die Genauigkeit der Smartphone-Positionsberechnung allein mithilfe von Sensordaten verbessern?

Verbesserung des Smartphone-Positionsberechnungsalgorithmus mithilfe von Sensordaten

Problemübersicht:
Eine Android-Anwendung zielt auf die Berechnung ab Die Smartphone-Position wird ausschließlich anhand von Sensordaten (Beschleunigungsmesser und Magnetometer) bestimmt, wobei anfängliche GPS-Messwerte als Referenzpunkte dienen. Allerdings liefert der Algorithmus ungenaue Ergebnisse, insbesondere bei Geschwindigkeitsberechnungen.

Verbesserter Algorithmus:
Um dieses Problem zu beheben, muss der Algorithmus die folgenden Prinzipien einhalten:

1. Newton-D'Alembert-Physik:

• Verwenden Sie die richtige Formel für Geschwindigkeits- und Positionsaktualisierungen:

  vx += ax * dt;   # Velocity update
  vy += ay * dt;
  vz += az * dt;
  x += vx * dt;    # Position update
  y += vy * dt;
  z += vz * dt;

2. Sensorrotationen:

• Beschleunigungswerte vom Geräteraum in den globalen Kartenraum konvertieren:

  (ax, ay, az) = dev * (ax, ay, az);

  wobei dev die Gerätetransformationsmatrix ist.

3. Schwerkraftkompensation:

• Subtrahieren Sie den Hintergrundschwerkraftvektor von den Beschleunigungsmesserwerten, um nicht-gravitative Beschleunigung zu isolieren:

  ax -= gx;
  ay -= gy;
  az -= gz;

4. Timing:

• Überprüfen Sie den Beschleunigungsmesser so oft wie möglich (z. B. innerhalb von 10 ms), um die Genauigkeit zu gewährleisten.
• Überschreiben Sie die berechnete Position regelmäßig mit GPS-Werten, um kumulative Fehler zu begrenzen.

5. Kompassgenauigkeit:

• Kompasswerte filtern, um Spitzenwerte zu entfernen und Richtungsabweichungen zu korrigieren, wenn möglich mithilfe von GPS-Daten.

Überlegungen zur Implementierung:

• Verwenden Sie Gyroskope (anstelle oder in Verbindung mit einem Kompass) für verbesserte Ausrichtungsgenauigkeit.
• Wenden Sie eine Tiefpassfilterung auf Beschleunigungsmesserdaten an, um Rauschen zu reduzieren.
• Begrenzen Sie Beschleunigungswerte auf realistische Bereiche und verwerfen Sie Ausreißer.
• Integrieren Sie Kalibrierungstechniken, um die Ausrichtung zu korrigieren Nutzung der Schwerkraftrichtung im Stillstand.

Zusätzlich Hinweise:

• Vermeiden Sie die Durchführung komplexer Berechnungen auf dem Server; Ziehen Sie in Betracht, Daten zu protokollieren und Analysen lokal auf dem Gerät durchzuführen.
• Dieser Algorithmus basiert auf einer genauen anfänglichen GPS-Positionierung und kontinuierlichen Sensormesswerten für eine optimale Leistung.

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