2、聲納、激光雷達、雷達/光流

因此，如果用衛(wèi)星進行三角測量并不是避開地面的最佳方法，那就讓我們試著直接“看到”它吧！

目前至少有三種現(xiàn)成的測距技術(shù)可以發(fā)射信號并查看反彈需要多長時間：聲納、激光雷達和雷達模塊現(xiàn)在都可以使用。

但是，這些傳感器有弱點：

弱點1：吸收

有些表面就是不反彈信號。窗簾和地毯吸收超聲波，深色涂料吸收激光雷達，水吸收微波。你不能逃避你看不見的東西。

弱點2：相干擾

傳感器間存在信號干擾，當你把多個相同的傳感器放在一起時會發(fā)生什么？你怎么知道你檢測到的信號就是這個傳感器的？即使是單個傳感器也必須處理來自自身的串擾，等待足夠長的時間讓回聲消失。

可以對信號進行“編碼”（基本上是加密），這樣每個信號都是唯一的，但這增加了設(shè)備的復(fù)雜性。第二個最好的解決方案是將信號計劃半隨機化，這樣就不會鎖定時間，并且一直被同步信號欺騙。

光流傳感器是一種不同的方法，它使用攝像機來觀察鏡頭中的物體是變大了（表明地面/墻壁正在快速上升），還是變小了（當障礙物消失時），還是向側(cè)面滑動。相機不會像聲納那樣互相干擾，如果你真的很聰明，你可以估計傾斜和其他3D屬性。

光流傳感器仍然存在“吸收”弱點。你需要一個很好的紋理表面讓他們看到流動，就像他們的光學(xué)鼠標不能在玻璃上工作一樣。它們正變得越來越流行，因為流計算現(xiàn)在已經(jīng)是你可以放入FPGA或快速嵌入式計算機中的東西。

3、陀螺儀

最后一個問題是幾何問題。假設(shè)物理傳感器在四邊形上飛行。如果你站在一個角度上，畢達哥拉斯說地面看起來會比實際距離更遠。傾斜得足夠大，我們根本看不到它，盡管我們離撞車只有幾厘米遠。

為了糾正這一點，我們需要知道我們的傾向。這意味著……

陀螺儀和加速度計一起被稱為"IMU"，但它們經(jīng)常出現(xiàn)在一起的原因是它們自然地掩蓋了彼此的主要弱點。它們是經(jīng)典的融合對。

但是，單獨來說，陀螺儀是最好和最干凈的傳感器數(shù)據(jù)來源，你將得到連續(xù)的位置測量。

無需太多細節(jié)，陀螺儀是由刻蝕在芯片表面的微機械音叉制成的。當芯片旋轉(zhuǎn)時，一些音叉上會有力，它們會相互改變音調(diào)。

MEMS陀螺儀幾乎不受任何運動的影響，除了旋轉(zhuǎn)。即使是劇烈的振動也不會影響它們（在規(guī)范范圍內(nèi)），因為這是橫向加速度。

如果你看一個多旋翼的內(nèi)部控制回路，它就是飛行控制器用來在空中保持水平的陀螺儀。一些速率模式的飛行員完全關(guān)閉加速度計，給陀螺更多的帶寬，因為陀螺儀有很多重要的線索。

如果你知道半毫秒前你在哪里，你想知道此后發(fā)生了什么變化，那么陀螺儀是快速、準確和可靠的。且他們不需要有彈性的表面或衛(wèi)星。

陀螺的弱點是漂移。不管你怎么努力，它們似乎都會繞著一個隨機的軸慢慢旋轉(zhuǎn)。每次旋轉(zhuǎn)需要幾分鐘，但即使是一塊不動的磚塊也會輕輕旋轉(zhuǎn)。累積相對樣本以獲得“絕對”估計值也會將誤差條相加。上升陀螺儀誤差需要通過外部絕對參考標記定期“歸零”。

4、加速度計

這就是為什么加速度計是陀螺儀最好的朋友：因為它能探測到絕對的“向下”參考（至少，當它們處于地球引力狀態(tài)時）。

好吧，一般來說。從一個時刻到另一個時刻，它接收重力、線加速度、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、振動、噪音，當然還有傳感器的缺陷。

因此，盡管高采樣率和良好的MEMS傳感器精度（通常與陀螺儀一樣好），加速度計數(shù)據(jù)仍然是噪聲最大、最不可信的數(shù)據(jù)之一。它接收到了多個必須消除歧義的“信號”。但正是對所有這些不同信號的敏感性使它變得如此通用——它能聽到一切。

加速度離我們真正想要知道的位置還有兩個積分步驟，所以我們必須總結(jié)大量的三角洲和誤差線，從測量的加速度到估計的速度，然后我們必須再做一次才能得到估計的位置。錯誤不斷累積。

這就是為什么GPS是加速計最好的朋友：因為它會定期“調(diào)零”不斷增長的位置誤差，就像加速計輕輕地調(diào)零陀螺儀的方位誤差一樣。

5、磁強計

好的指南針不應(yīng)該被忽視。然而，與加速度計一樣，它通常被用作長期陀螺漂移的一種控制方式。知道哪個方向是向上的比知道哪個方向是磁北更有用——但是，有了這兩個，我們就可以知道我們在地球上的真正絕對方位。

它們經(jīng)常與GPS接收器配對，因為它們又一次對抗了彼此最大的弱點，而在其他方面卻緊密相配。一個給出粗略的絕對位置，另一個給出粗略的絕對方向。