可穿戴計(jì)算中能效提高策略研究.pdf

1、隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)、微控制單元和無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，基于慣性測(cè)量單元的人體運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)應(yīng)用呈現(xiàn)出巨大的研究?jī)r(jià)值與廣闊的商業(yè)前景，慣性測(cè)量單元具有價(jià)格低廉、體積小、重量輕、便于攜帶等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在老人監(jiān)護(hù)、醫(yī)療康復(fù)等重要領(lǐng)域。然而無(wú)線可穿戴設(shè)備的低功耗與高頻實(shí)時(shí)通信等要求約束了其進(jìn)一步發(fā)展，長(zhǎng)時(shí)間攜帶傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和高速率實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸都會(huì)導(dǎo)致傳感節(jié)點(diǎn)能耗高、續(xù)航能力弱、能效性低。
　　因此，本文以無(wú)線可穿戴設(shè)備中人體運(yùn)動(dòng)

2、捕獲的能效性為主線，深入研究和探索在低功耗約束環(huán)境下用于可穿戴計(jì)算中的能效提高策略，主要研究工作有：
　?。?）提出了帶有消除線性加速度的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法
　　針對(duì)慣性傳感器在工作與測(cè)量時(shí)會(huì)引入過(guò)程誤差與測(cè)量誤差的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法用于精確估計(jì)物體的姿態(tài)方位信息，同時(shí)針對(duì)慣性測(cè)量單元由于物體運(yùn)動(dòng)而引入額外加速度的情況，本文構(gòu)造了自適應(yīng)誤差協(xié)方差矩陣，抵消了額外線性加速度對(duì)方位估計(jì)帶來(lái)的影響，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文提出

3、的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法均方根誤差值為0.7度。
　?。?）實(shí)現(xiàn)了適用于傳感器在線方位追蹤算法用于提高傳感器能效性
　　針對(duì)無(wú)線通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)量大而帶來(lái)能效性低的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了適用于計(jì)算能力受限的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，每次僅傳輸方位信息，減少了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸量，提高系統(tǒng)能效性。實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了應(yīng)用組件、感知組件、執(zhí)行組件以及通信組件以保證算法高精確要求；并提出分塊數(shù)據(jù)緩存機(jī)制以及優(yōu)化三角函數(shù)運(yùn)算性能等在線計(jì)算優(yōu)化

4、方法以保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。實(shí)驗(yàn)表明本文提出的在線方位追蹤算法可以將續(xù)航能力延長(zhǎng)20.6％。
　?。?）提出了自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合算法用于進(jìn)一步提高無(wú)線傳感設(shè)備的能效性
　　針對(duì)無(wú)線通信模塊發(fā)送頻率高而帶來(lái)傳感設(shè)備功耗高的問(wèn)題，本文提出自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合算法。對(duì)動(dòng)作序列中方位四元數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)最優(yōu)關(guān)鍵幀提取，每次僅傳輸動(dòng)作關(guān)鍵幀；在PC端實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)重建，以降低無(wú)線通信模塊發(fā)送頻率方式，達(dá)到進(jìn)一步減少無(wú)線可穿戴設(shè)備能耗、延長(zhǎng)無(wú)線傳感器設(shè)備壽