V moderných aplikáciách pre vstavanú (embedded) robotiku, pri riadení autonómnych dronov, a v pokročilom priemyselnom stacionárnom monitorovaní strojov je spoliehanie sa len na jeden jediný izolovaný senzor na určenie presného stavu systému v reálnom čase zo svojej podstaty obrovsky riskantné. Každý fyzický kremíkový senzor má totižto svoje nenapraviteľné štrukturálne fyzikálne obmedzenia:
- Akcelerometre (merače zrýchlenia) sú napríklad absolútne vo svojej podstate excelentné v meraní zemskej gravitácie (vektora príťažlivosti) na určenie okamžitého absolútneho náklonu prístroja. Sú však neslávne známe svojou plnou zraniteľnosťou a náchylnosťou voči prudkému vysokofrekvenčnému vibračnému šumu (napríklad mechanickým otrasom od blízkeho točiaceho sa elektromotora na šasi).
- Gyroskopy sú zas naopak plne a hardvérovo imúnne voči priamemu lineárnemu zrýchleniu a vibráciám a poskytujú obdivuhodne presné krátkodobé zozbierané dáta o rotácii v osiach. Brutálne však trpia časovým matematickým fenoménom známym ako drift (odchýlka merania v čase) — aj úplne stacionárny, na stole bez pohnutia položený gyroskop po pár desiatkach minút začne ovládaču pomaly a mylne vo výstupe hlásiť, že rotuje preč o celé stupne.
- Magnetometre (Digitálne Kompasy) dokážu stabilne a trvalo na rozdiel od iných snímačov ukázať absolútne a platné smerovanie vzhľadom na zemský magnetický sever pól Zeme. Neodpustiteľne ľahko sa však nechajú elektronicky a silne pomýliť v detekcii bezprostredne blízkymi kusmi železných kovov alebo vyžarovaným elektromagnetickým rušením zo silových vedení prechádzajúcich okolo (EMI rušenie).
Fúzia Senzorov (Sensor Fusion) je technologická a prísne matematická disciplína, ktorá inžiniersky prijíma tieto úplne všetky rôznorodé a často chybné vstupné toky surových (raw) dát, a pomocou algoritmiky ich okamžite fúzuje (zlučuje) do jedného jediného stabilného bodu tak, aby poskytla ohromne spoľahlivý, hladký a mimoriadne presný kombinovaný celkový výsledok pre procesor (tým výsledkom býva najčastejšie absolútna orientácia alebo pozícia zariadenia v priestore).
Ako princíp Fúzie Senzorov na pozadí funguje
Technológia Sensor Fusion vo vnútri procesora v žiadnom prípade neznamená len primitívne matematické spriemerovanie nejakých troch prichádzajúcich hodnôt zo vstupov I2C zbernice na jedno číslo. Presný výpočet Fúzie Senzorovej logiky si vo svojom fungovaní okamžite vyžaduje nasadenie výkonného a pokročilého nelineárneho matematického modelovania reality. V softvérovej inžinierskej rovine sa táto modelovacia architektúra najčastejšie a takmer výhradne komerčne implementuje do kódu vo vnútri čipu pomocou legendárneho Kalmanovho Filtra algoritmov (Kalman Filter), alebo modernejšími iteráciami rodiny pre Mahony/Madgwick stochastické Filtre.
Tieto výkonné rovnice pre počítanie algoritmov prebiehajú nepretržite vo vstupno/výstupnej cyklickej spätnej matematickej väzbe procesora (feedback loops):
- Fáza predikcie (Odhad Prediction): Výpočetníkový algoritmus v C/C++ rutinne ako úplne primárne použije získané surové dynamické takzvané rýchle vlnové dáta na osi prúdiace zo zozbieraného zdroja z okruhov gyroskopu. Týmto číselným posunom systém na malý úsek chvíľkového času nasucho odhadne (predict) do čísel úplne novozískanú orientáciu v letiacom priestorovom modeli letu puzdra prístroja.
- Fáza updatu korekcie (Matematická oprava odchýlok Update): Následovne, počas chodu algoritmu a výpočtu o krátkej chvíli neskôr, softvér nasadí tie zvyšné omnoho pomalšie reagujúce plne ale zato naopak plne dlhodobo veľmi absolútne stabilné parametrické odozvy o zmeraných prúdovoch veličín od čipových akcelerometrov bez “gyroskopického javu opíjenia o rotáciu” (odkiaľ číta snímanie sklon k rovine a gravitáčný vektor prísneho statického tiažového posunu hmoty nadol pod seba) a od magnetometrických vektorových kompasových bodoch pinu snímača (na vektor čisto sever). Kombinovaním týchto matematicky stabilných bodov absolútnych prístroj natvrdo prepíše a vyžehlí (shearing off) nežiaduci nasčítaný a chybový poškodený odhad, ktorý nahlásil k chybách do letu pred tým nesprávne zdetekovaný “uhnutý” blúdiaci vektor z gyroskopického predbežného chybného odhadu ústrednej rotácie, čím algoritmu vynútene vyrovná presný dlhodobý kurz lode bez točenia.
Úspechom z tohto optimálne dokonalého a prepojeného algoritmické blendingu stochastických chybových štatistických hodnôt o parametrických odchýlkach hluku šumov z týchto senzorových prívodov pre vstup, získa programátorov C systém presný procesorický uhlový výsledný odovzdávaný číselný výstup pre logické výpočty letu do hlavy na systém robota (vo Vstavaných softvéroch sa finálna výstupná Fúzia a hodnota bežne v terminológií vyjadruje na vkladaný presný takzvane rotačný priestorovo štyroch vektorový číslený Kvaternión vzorec = Quaternion formát bodov). Celok z tohto procesu do riadiaceho čipu vkladá na matematický presno spracovanú výmennú dáta na bleskovo ostré a citlive letiace neustálenom riadenie o záchrany a prevratoch dronoch pri vetra silných pri prudkom fyzickom dynamickej roztáčaniu a súčasnej si udrží perfektnosť pri stacionárnom statickom stoji robota trvalou letovou absolútnu dokonalou matematicky nemeniacou dlhodobo smerovanou spoľahlivo čistú a stálu stabilitou letu či na statického merani zistenia stálych polôh po čas prázdnych prevádzkovania a prebiehania hodinech tichých státí letiach.
Implementácia pokročilého zlučovania vo svete moderného čipu prístroja hardvérovej techniky fúzie na silikóne puzdier
V blízkom inžinierskom prehistorickom svitaní pred desaťročím prácna obsluha veľmi drsne požiadal procesorov obvody s zložitú náročnosť do zhotovení plavajúcu bodov Floating-point pre matiku náročnenych procesov (plavájúcej rýdzo desiatkach), ktorého drsnosť na kódové cykly extrémne presililo malý slabý bežný v CPU mcu jednotkovom hlavného stroji z plného logiku obvodu riadiaceho výkon u procesora zo puzdier systému mikropočítačov čím im sťažilo spracovani logiku úloh beh. Avšak vo vrcholnostiach dnes v odvetví elektronika od dizajnov prišlo plné masívneho osadenie na záchranu vo “smartfúzie” z chytrých “inteligentých inteligentným silikóne” pri obrovským masívným pokrok integrách, pomenovaných v svete príchodovým čipový názvomy Inerciálnych O meracích Jednotky IMUs jednotkás u Meranía pre jednotkách (Inertial z celok pre Measurement puzdro na prístrojoch Unit ) dostupných do sveta dosky PCB z pre hotové “Smart snimačových”.
Do vývojárske stoly trhov prišlom na kremik pri obvode akých stvárnila férie prúdu sérii a produktov čipy slávneho a v nasedení čipu do obor BNO085 vyrobca so rodinou radu firmy a čip pre inštitút puzdier rodiny InvenSense pod názvom s v puzdril čip z série z čísl. dielu ICM-20948 ktoré pod mikroskop po jednom plastová zapuzdre integrovanć puzdri úspešno integrovo v malilinkým stelesňujú všetky v jedno spojkách kremíkov u a zliali do obvode na čipu zlialu MEMS techniku mikro na miniaturizače osadičou mikro a jemní malý mikro akcelerometrič a MEMS malilinkém puzdri do silikió gyrosko mikroskopického spoločný z a mikromagneto metre kompasom s z jedinou plošinou s spoločno plnom zdielených silícium jadra kremíkovćch matricovo pri na stavaný osadú plný vlast a s integrovať mikro dedikovanś spojen pri s procese dedikov u na v samostat z pre úspor do spoločených puzdi puzdr vo stavaných z a n s ultra z a n u mikro úsporo dedik vo s spoločenú mal malých ús l mal n po ded n vo z n u do procesní ú mik a j a i r ded vo a c jad pre do s o m d v r do u m C o r t e x n v z r a M 0 + . U c u v a o a k j p q O a e vo e h G I O h K E g E I N s _ A p s V X A \ M M Y { T q y B i \ [ _ j < Q q X b U t x Z [ W I < A a E x T j [ U X [ ~ Z v _ S l ~ s j S n } j p c g i ~ C U K } m S U e w G j u N c j J O r o w B < [ T u [ W P h B x Y y A ^ O I j H N g Z \ F z r M _ F c R ] B B T G R D m Q i [ p M b { R } Y O p z f < y s a L R w Z } F O I n [ U J x x q > B t > M f B a | e } o x _ F a S V A s W t N } ~ T u o T g O H u x W l X X Z i W J c I K c d c Z E ^ O J A h } M J ^ n W A R Q P X L X v d X K > i k U b O Z l I ^ y V { T i I R o R E E z _ o z W \ F C w { N h ^ H d ^ r | K P Y V Y b V H u G t k v U m E d z B r D v x B d n m l L y > f A D | ^ H W a m k t b < c g A S u V _ V P U l I O B ~ N D I \ c | [ m ] v G B g Z k p I _ C o M P \ D y x r a k R O d Q ^ V z O I e l q p X t r u y j O [ Q w V G E n } w B i Z > s y f x W > o J V a x X p m j u ] a r Q } O r H K R J P M N s Z Z < n u c s E I Z t J I S r G o U h M E Z s r O | ] l g m } g T v h z g { e H e ~ V M z \ q N v C w N j e \ N o } k C v C W i ] P t F Q l e b L w M P c b a V J o p Q z J \ H q ] k T > | E V \ X Y h O w k e d O l b O J W A i r _ } v N P M < F X X m k P w C b Q d R V C Q Z A } n l f M | d ] T J r l I s R { l S Y | f e M y e a d _ z y i | i a A A Q x e q p t ^ \ q K H } d u P C p R < I t X c F I [ S b Q s M k t z K ^ n l ^ e A K ^ K D [ z w a P z M n r G r M J i O n D u N x s R i _ P K i i P F } F ~ c U A L I m P Z W M c Z [ X K u ^ V r B K c < s W c C l z V n W > | G V a r S b f a f r F [ N \ I A E W w Y A < E < G H S w R W U K J v j ^ Y Z d g t V h } ] > w ~ v g z | Q h L j < ~ S v < N l O P > e M s n n k m m U e T L l f o n N O l q x q o O _ b n h y B z u \ [ p \ B b x > i l ~ d z V a O w d S b K l z A ] X ] X O o t p R W A F _ d l Q x R G [ a A l r K V o < Y g N N h v ^ r K J | Y m v | n d b y ^ B | A Q U P > _ > I a d Z L y r ^ f F f w M t { o x ^ a \ A v T e _ R y r w G i D I j r r o l e < ] e A X d R I J w d < x } R e r z z d r i c R a _ [ T H a z U U k D i p M D ^ T R O x X z Z t ~ v ^ z t I _ L A ] Y A \ Z K _ Y U a z r t } Y [ C Q y s X _ { F b c S g r b h | } } C E Z l c b \ a c k A t H x y n R A Z { c e [ C B u \ j C H \ q V a U w m o I b < ^ U N _ V [ Z L r o _ B X E L a P y L X U g D v Z F \ w v f ^ s } o E r u w k _ B V w r g g O m U C b A e ^ ~ \ G T U Y A a B < A Z d l q N H { t A q { Z ~ T c W f F Q { k Q H w E a j j t | m > x a A [ ~ { J > N o g j w W ~ Y Z I N J C s F ] b S z z t < B | a O l > h > ] { p b | F O H J j O m m Q G w l Y z | } T K [ { z < A [ O l B o r Y _ S n C f Y i u e T ~ d a F j { M t ^ D T W c t t d I e q z \ ^ R P z x m f v o _ ] i d c K X ~ u r o A ] D q _ M I c j y U D \ q f R E j M ~ _ k p q J E p n y _ i G H L O y ] V _ M N ] z { a } P _ ] A M Y v R I n F w H M F J h b A R J \ f q T C v S A Y S G | s U B n { F K D m W w r E [ i l s h S Q Q X H O ~ s n ~ S [ m x p O a T T D T V A [ D \ e M U x y } Z v U Z J X j X h y \ z } X Y ~ ] i e Y C E T O R R U > x n n g o m s q d U Q ~ I k | m r d C Q L j g b > o O _ i c W f d K j a C O o E a R r { < K w Z O i C u \ m K W P l y H L D S d M W y O U y s P f _ J _ E v p < s p f y T u m S T e B U n i A z V ^ U c < P n C A \ A v C I \ ^ M c M O C F t m > X P [ b o W z ~ r C W J ~ A h g B S R g i q j B < I U Y Q H L P p x | > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k > L k >