Android 指南针方向不可靠（低通滤波器）

Question

我正在创建一个应用程序，我需要根据设备的方向定位 ImageView。 我使用磁场和加速度传感器的值来计算设备方向。

SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null, accelerometerValues, magneticFieldValues)
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, values);
double degrees = Math.toDegrees(values[0]);

我的问题是 ImageView 的定位对方向的变化非常敏感。使图像视图不断地在屏幕上跳跃。 （因为度数发生变化）

我读到这可能是因为我的设备靠近可能影响磁场读数的物体。但这似乎并不是唯一的原因。

我尝试下载一些应用程序，发现“3D 指南针< /a>”和“Compass”仍然非常稳定在其读数中（设置噪声滤波器时），我希望在我的应用程序中具有相同的行为。

我读到我可以通过添加“低通滤波器”来调整读数的“噪音”，但我不知道如何实现这一点（因为我缺乏数学）。

我希望有人可以帮助我在我的设备上创建更稳定的读数，设备的轻微移动不会影响当前方向。 现在我做了一个小的

if (Math.abs(lastReadingDegrees - newReadingDegrees) > 1) { updatePosition() }

过滤噪音的工作。但它的效果不是很好:)

Answer 1

虽然我没有在 Android 上使用过指南针，但下面显示的基本处理（在 JavaScript 中）可能适合您。

它基于 Windows Phone 团队进行了修改以适应指南针（每 360 度循环一次），

我假设指南针读数以度为单位，在 0-360 之间浮动，并且输出应该。类似，

你想在过滤器中完成两件事：

1. 如果变化很小，为了防止抖动，请逐渐转向该方向。
2. 如果变化较大，为了防止滞后，请立即转向该方向（如果您希望罗盘仅平稳移动，可以取消该方向）。

为此，我们将有 2 个常量：

1. 定义运动平滑程度的缓动浮动（1 表示不平滑，0 表示从不更新，我的默认值是 0.5）。我们将其称为 SmoothFactorCompass。
2. 距离足够大可以立即转弯的阈值（0是一直跳跃，360是从不跳跃，我的默认是30）。我们将其称为 SmoothThresholdCompass。

我们在调用过程中保存了一个变量，一个名为 oldCompass 的浮点数，它是算法的结果。

所以变量定义是：

var SmoothFactorCompass = 0.5;
var SmoothThresholdCompass = 30.0;
var oldCompass = 0.0;

函数接收 newCompass，并返回 oldCompass 作为结果。

if (Math.abs(newCompass - oldCompass) < 180) {
    if (Math.abs(newCompass - oldCompass) > SmoothThresholdCompass) {
        oldCompass = newCompass;
    }
    else {
        oldCompass = oldCompass + SmoothFactorCompass * (newCompass - oldCompass);
    }
}
else {
    if (360.0 - Math.abs(newCompass - oldCompass) > SmoothThresholdCompass) {
        oldCompass = newCompass;
    }
    else {
        if (oldCompass > newCompass) {
            oldCompass = (oldCompass + SmoothFactorCompass * ((360 + newCompass - oldCompass) % 360) + 360) % 360;
        } 
        else {
            oldCompass = (oldCompass - SmoothFactorCompass * ((360 - newCompass + oldCompass) % 360) + 360) % 360;
        }
    }
}

我发现该问题是 5 个月前提出的，可能不再相关，但我确信其他程序员可能会发现它有用。

奥德·埃利亚达.

Answer 2

该低通滤波器适用于以弧度为单位的角度。对每个罗盘读数使用add函数，然后调用average来获取平均值。

public class AngleLowpassFilter {

    private final int LENGTH = 10;

    private float sumSin, sumCos;

    private ArrayDeque<Float> queue = new ArrayDeque<Float>();

    public void add(float radians){

        sumSin += (float) Math.sin(radians);

        sumCos += (float) Math.cos(radians);

        queue.add(radians);

        if(queue.size() > LENGTH){

            float old = queue.poll();

            sumSin -= Math.sin(old);

            sumCos -= Math.cos(old);
        }
    }

    public float average(){

        int size = queue.size();

        return (float) Math.atan2(sumSin / size, sumCos / size);
    }
}

使用 Math.toDegrees() 或 Math.toRadians() 进行转换。

Answer 3

请记住，例如 350 和 10 的平均值不是 180。我的解决方案：

int difference = 0;
for(int i= 1;i <numberOfAngles;i++){
    difference += ( (angles[i]- angles[0] + 180 + 360 ) % 360 ) - 180;
}
averageAngle = (360 + angles[0] + ( difference / numberOfAngles ) ) % 360;

Answer 4

低通滤波器 (LPF) 阻止快速变化的信号并
只允许信号缓慢变化。这意味着任何小的
突然的变化将被忽略。

在软件中实现这一点的标准方法是获取运行平均值
最后 N 个样本并报告该值。从 N 小至 3 开始，
继续增加 N，直到您在应用程序中找到足够的平滑响应。

请记住，N 越高，系统的响应就越慢。

Answer 5

请参阅我对此相关问题的回答：平滑来自传感器的数据

软件低通滤波器基本上是其修改版本。事实上，在那个答案中，我什至提供了另一个相关问题的链接：低通滤波器软件？