可穿戴計算中能效提高策略研究.pdf

1、隨著微電子機械系統(tǒng)、微控制單元和無線通信技術的高速發(fā)展，基于慣性測量單元的人體運動捕獲系統(tǒng)應用呈現(xiàn)出巨大的研究價值與廣闊的商業(yè)前景，慣性測量單元具有價格低廉、體積小、重量輕、便于攜帶等特點，已廣泛應用在老人監(jiān)護、醫(yī)療康復等重要領域。然而無線可穿戴設備的低功耗與高頻實時通信等要求約束了其進一步發(fā)展，長時間攜帶傳感節(jié)點進行監(jiān)測和高速率實時數(shù)據(jù)流傳輸都會導致傳感節(jié)點能耗高、續(xù)航能力弱、能效性低。
　　因此，本文以無線可穿戴設備中人體運動

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展卡爾曼濾波算法
　　針對慣性傳感器在工作與測量時會引入過程誤差與測量誤差的問題，本文設計了擴展卡爾曼濾波算法用于精確估計物體的姿態(tài)方位信息，同時針對慣性測量單元由于物體運動而引入額外加速度的情況，本文構造了自適應誤差協(xié)方差矩陣，抵消了額外線性加速度對方位估計帶來的影響，實驗驗證本文提出

3、的擴展卡爾曼濾波算法均方根誤差值為0.7度。
　?。?）實現(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
　　針對無線通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)量大而帶來能效性低的問題，本文設計了適用于計算能力受限的無線傳感節(jié)點的擴展卡爾曼濾波算法，每次僅傳輸方位信息，減少了無線數(shù)據(jù)傳輸量，提高系統(tǒng)能效性。實現(xiàn)過程中，設計了應用組件、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)緩存機制以及優(yōu)化三角函數(shù)運算性能等在線計算優(yōu)化

4、方法以保障數(shù)據(jù)的實時處理。實驗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20.6％。
　?。?）提出了自適應數(shù)據(jù)融合算法用于進一步提高無線傳感設備的能效性
　　針對無線通信模塊發(fā)送頻率高而帶來傳感設備功耗高的問題，本文提出自適應數(shù)據(jù)融合算法。對動作序列中方位四元數(shù)進行實時最優(yōu)關鍵幀提取，每次僅傳輸動作關鍵幀；在PC端實時進行運動重建，以降低無線通信模塊發(fā)送頻率方式，達到進一步減少無線可穿戴設備能耗、延長無線傳感器設備壽