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Android项目之利用手机传感器做惯性导航
阅读量:794 次
发布时间:2019-03-25

本文共 2932 字,大约阅读时间需要 9 分钟。

手机传感器数据采集与处理:基于Android的姿态解算与惯性导航

手机作为一款随身携带的智能设备,其传感器能够提供丰富的运动信息。在本文中,我们将探讨如何利用手机传感器进行姿态解算,并结合惯性导航技术,从而实现手机的自主定位与路径跟踪。

传感器数据的采集与处理

在Android系统中,手机传感器的使用涉及多个步骤,涵盖从注册传感器到数据处理的整个流程。

  • 传感器的获取与注册

    首先,需要通过SensorManager获取相应的传感器类型。例如,常用的传感器包括加速度传感器、方向传感器、陀螺仪传感器、线性加速度传感器和重力传感器。代码实现如下:

    SensorManager sm = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);Sensor acc = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);Sensor方向 = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ORIENTATION);Sensor tuoluo = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE);Sensor lineacc = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION);Sensor sr = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GRAVITY);sm.registerListener(new SensorEventListener() {    @Override    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {        // 根据不同传感器处理数据    }}, acc, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
  • 数据的采样率设置

    传感器的采样率可以通过SensorManager提供的senalDelay参数设置,如下所示:

    • SENSOR_DELAY_NOMAL (200000 μs) - 200ms
    • SENSOR_DELAY_UI (60000 μs) - 60ms
    • SENSOR_DELAY_GAME (20000 μs) - 20ms
    • SENSOR_DELAY_FASTEST (0 μs) - 0ms

    在代码中设置采样率:

    sm.registerListener(new SensorEventListener() {    @Override    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {        // 获取传感器数据并进行加工    }}, acc, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
  • 传感器数据的属性获取

    通过SensorEvent获取传感器的详细信息,包括传感器名称、制造商、分辨率、功耗等属性。这可以满足对传感器性能的初步了解。

  • 数据的发送与接收

    为了实现手机与电脑的数据传输,可以通过socket协议实现TCP cliente-client通信。以下是实现步骤:

    • 在AndroidManifest.xml中添加网络权限:

    • 在活动中启动 TCP客户端线程:

      public class SyncRunnable implements Runnable {    @Override    public void run() {        try {            Socket socket_my = new Socket("192.168.1.5", 8086);            // 读取数据并发送            DataOutputStream writer = new DataOutputStream(socket_my.getOutputStream());            writer.writeUTF("手机传感器数据采集");        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }}Thread thread = new Thread(new SyncRunnable(), "通信线程");thread.start();
  • 方位解算与惯性导航

  • 姿态解算

    利用扩展卡尔曼滤波算法来进行手机的姿态解算。姿态包括航向角、偏航角和滚转角。具体步骤如下:

    a. 数据的预处理

    将手机传感器的加速度、陀螺仪数据进行预处理,以减少噪声干扰。

    b. 传感器数据的融合

    将加速度、陀螺仪、重力和线性加速度数据进行融合,提高姿态估计的精度。

    c. 卡尔曼滤波的实现

    通过卡尔曼滤波算法更新姿态参数。卡尔曼滤波是一种基于概率的数据处理方法,能够有效处理传感器测量值与真实值之间的关联。

  • 惯性导航的实现

    基于姿态解算结果,通过惯性导航算法实现手机的路径跟踪:

    a. 微分位置的估计

    根据速度和加速度的时间偏移,估计位置变化。

    b. 路程的计算

    根据速度的积分计算移动路程。

    c. 路径的重建

    结合已知路局点,重新构建路径。

  • Android开发中数值显示的保留与格式化

    在Android开发中,大多数传感器数据的显示都需要保留两位小数。以下是常用的四种方法,并详细说明实现方式:

  • 使用BigDecimal类

    代码示例:

    BigDecimal bg = new BigDecimal("0.1234");double result = bg.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP).doubleValue();

    该方法适合需要高精度计算的场景。

  • 使用DecimalFormat类

    代码示例:

    DecimalFormat df = new DecimalFormat("#.00");df.format(0.1234); // 输出 "0.12"

    该方法支持格式化字符串输出,操作简单。

  • 使用String.format方法

    代码示例:

    String.format("%.2f", 0.1234); // 输出 "0.12"

    该方法在字符串格式化中应用广泛,且代码简洁。

  • 使用NumberFormat类

    代码示例:

    NumberFormat nf = NumberFormat.getNumberInstance(Locale.US);nf.setMaximumFractionDigits(2);nf.format(0.1234); // 输出 "0.12"

    该方法适合需要国际化支持的场景。

  • 结论

    通过上述方法,我们可以实现手机传感器数据的采集与处理,再加上扩展卡尔曼滤波算法进行姿态解算,为实现手机的惯性导航提供了技术基础。在实际开发中,需要结合具体场景需求,选择最适合的传感器类型和数据处理算法,以确保系统的鲁棒性与精度。

    转载地址:http://ynmuk.baihongyu.com/

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