去年的6月8日，偉大的蘋果公司發(fā)布了最新一代iphone 4G，這款新機(jī)器有很多硬件方面的升級(jí)，其中對(duì)游戲玩家來說來說，最大的一個(gè)“三軸陀螺儀”！
第一次聽說這個(gè)“三軸陀螺儀”是前一段時(shí)間，偶爾發(fā)現(xiàn)有Apple玩家測試Ipod Touch的定位功能,具體詳見“不同移動(dòng)設(shè)備的定位偏移問題”。 感覺很新奇–因?yàn)镮pod touch 無GPS也能夠?qū)崿F(xiàn)定位，特地研究了一下。
后研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)三軸陀螺儀對(duì)我們這這些位置定位愛好者也是一個(gè)相當(dāng)棒的消息， 因?yàn)橛辛藈ifi與這個(gè)陀螺儀和加速度傳感器，也能夠?qū)崿F(xiàn)定位，雖然定位精度有待考證，廢話少說，先和大家分享一下我搜集的這個(gè)Iphone的三軸陀螺儀與加速度傳感器的知識(shí)吧！
在所有之前解釋一下陀螺儀
根據(jù)Wiki的定義：「陀螺儀是用于測量角度或維持方向的設(shè)備，基于角動(dòng)量守恒原理�！�
這句話的要點(diǎn)是測量角度或維持方向，這是 iPhone 4 為何搭載此類設(shè)備的原因。機(jī)械陀螺儀–例如下面這只–中間有一轉(zhuǎn)盤，用以偵測方向的改變。iPhone 4 采用了微型的，電子化的振動(dòng)陀螺儀，也叫微機(jī)電陀螺儀。
這東西應(yīng)該就是這個(gè)樣子一個(gè)東西(下圖)，看起來很像手表里的一個(gè)機(jī)密零件！
三軸陀螺儀動(dòng)態(tài)展示圖
三軸陀螺儀工作原理
注意上圖的中間是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的金黃顏色的轉(zhuǎn)子，由于慣性作用它是不會(huì)受到外力的影響而改變姿態(tài)的，而周邊的設(shè)備的任何姿態(tài)的改變就可以檢測出來，用來判別物體在各個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)的角度。
這里插一句，大家小時(shí)候玩過陀螺的，知道在一定的速度下，就能一直保持一個(gè)豎直的方向。
三軸陀螺儀最大的作用就是“測量角速度，以判別物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以也稱為運(yùn)動(dòng)傳感器“，換句話說，這東西可以讓我們的iPhone知道自己”在哪兒和去哪兒“（where they are or where they’re going）！
加速傳感器
加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測量元件之一，加速度計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)振蕩系統(tǒng)，安裝于運(yùn)動(dòng)載體的內(nèi)部，可以用來測量載體的運(yùn)動(dòng)加速度。
MEMS類加速度計(jì)的工作原理是當(dāng)加速度計(jì)連同外界物體(該物體的加速度就是待測的加速度)一起作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊就受到慣性力的作用向相反的方向運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量塊發(fā)生的位移受到彈簧和阻尼器的限制，通過輸出電壓就能測得外界的加速度大小。
加速度計(jì)工作原理圖
三軸陀螺儀與加速傳感器配合是如何實(shí)現(xiàn)輔助GPS進(jìn)行定位導(dǎo)航的呢
從MEMS陀螺儀的應(yīng)用方向來看，陀螺儀能夠測量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的角速度，可與MEMS加速度計(jì)(加速計(jì))形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，如果組合使用加速度計(jì)和陀螺儀這兩種傳感器，設(shè)計(jì)者就能更好地跟蹤并捕捉三維空間的完整運(yùn)動(dòng)，為最終用戶提供現(xiàn)場感更強(qiáng)的用戶使用體驗(yàn)、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)以及其它功能。
要準(zhǔn)確地描述線性（直線運(yùn)動(dòng)）和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（有轉(zhuǎn)彎變化的運(yùn)動(dòng)），需要設(shè)計(jì)者同時(shí)用到陀螺儀和加速度計(jì)。
- 單純使用陀螺儀的方案可用于需要高分辨率和快速反應(yīng)的旋轉(zhuǎn)檢測；
- 單純使用加速度計(jì)的方案可用于有固定的重力參考坐標(biāo)系、存在線性或傾斜運(yùn)動(dòng)但旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被限制在一定范圍內(nèi)的應(yīng)用。但同時(shí)處理直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就需要使用加速度和陀螺儀計(jì)的方案。
此外，為讓設(shè)計(jì)和制作的陀螺儀具有較高的加速度和較低的機(jī)械噪聲，或?yàn)樾Ｕ铀俣扔?jì)的旋轉(zhuǎn)誤差，一些廠商會(huì)使用磁力計(jì)來完成傳統(tǒng)上用陀螺儀實(shí)現(xiàn)的傳感功能，以完成相應(yīng)定位，讓陀螺儀術(shù)業(yè)有專攻。這表明，混合的陀螺儀、加速度計(jì)或磁感應(yīng)計(jì)結(jié)合的方案正成為MEMS陀螺儀技術(shù)應(yīng)用的趨勢(shì)。若只使用傳統(tǒng)的加速度計(jì)，用戶得到的要么是反應(yīng)敏捷的但噪聲較大的輸出，要么是反應(yīng)慢但較純凈的輸出，而如將加速度計(jì)與陀螺儀相結(jié)合，就能得到既純凈又反應(yīng)敏捷的輸出。
加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測量元件之一，加速度計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)振蕩系統(tǒng)，安裝于運(yùn)動(dòng)載體的內(nèi)部，可以用來測量載體的運(yùn)動(dòng)加速度，利用已知的GPS測量等等的初始速度，對(duì)加速度積分，就可知道載體的速度和位置等信息。因此，加速度計(jì)的性能和精度直接影響導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的精度。
簡而言之，言而簡之
室外
- GPS——用于在室外能夠搜索到足夠衛(wèi)星情況下的導(dǎo)航
室內(nèi)
- 加速度計(jì)用于測量加速度，結(jié)合GPS所提供的初始速度，可以計(jì)算出現(xiàn)有的速度運(yùn)動(dòng)的距離。
- 陀螺儀用于測量設(shè)備的轉(zhuǎn)彎或坡度變化大小
在GPS信號(hào)被阻擋或受到干擾而不能進(jìn)行定位的環(huán)境中，通過陀螺儀與加速度計(jì)就可以進(jìn)行另一種方式的導(dǎo)航，可以大幅提升定位導(dǎo)航的效率與準(zhǔn)確度。IPhone裝上陀螺儀與加速度計(jì)后，會(huì)帶動(dòng)一大批手機(jī)廠商的跟進(jìn)，這將會(huì)有力地推動(dòng)lbs服務(wù)的進(jìn)一步增長。 |
