高分辨率数字气压计通过感应微小的气压变化来计算相对垂直位移，从根本上改变了室内跟踪方式。通过提供精确的高度约束，这些设备有效地补偿了惯性传感器固有的 Z 轴积分漂移，从而实现了可靠的多楼层导航。
核心见解：惯性传感器（加速度计）会随着时间的推移自然漂移，导致垂直跟踪不可靠。高分辨率气压计的集成通过将系统锚定在物理压力数据上来纠正这一点，而差分处理则滤除了由建筑通风和天气引起的环境噪声。
垂直校正的机制
解决惯性漂移问题
标准导航系统通常依赖惯性传感器来估算位置。然而，这些传感器存在Z 轴积分漂移，即微小的误差会随着时间的推移累积，导致高度估算出现巨大的不准确性。
高分辨率气压计提供了一个独立的、稳定的数据源。它们计算垂直高度约束，从而限制惯性传感器的漂移，使估算位置保持在现实中。
感应微小的压力变化
为了达到楼层级别的精度，硬件必须能够检测到大气压力的极其微小的变化。
数字气压计足够灵敏，可以测量步态或楼层之间的相对垂直位移。这种灵敏度使系统能够区分在平坦表面行走和爬楼梯。
通过差分处理实现精度
单传感器系统的局限性
独立的压力计容易受到环境干扰。
天气变化或建筑物的暖通空调系统循环可能会改变局部气压。单个传感器可能会将空调的峰值误解为高度变化，从而导致定位错误。
参考气压计的优势
为了解决环境噪声问题，系统采用了差分处理。
该方法涉及两个传感器：一个安装在用户身上（例如，安装在脚上），另一个是部署在环境中的静态“参考”气压计。
消除基线波动
通过比较移动传感器和参考传感器的数据，系统可以分离出真实的垂直运动。
参考气压计检测由暖通空调系统或天气引起的背景压力变化。系统将这些基线波动从移动传感器的读数中减去，只留下实际物理运动引起的压力变化。
理解权衡
基础设施依赖性
最高的精度并非由移动设备单独实现。
为了有效抵消暖通空调和天气噪声，必须在环境中部署参考气压计。没有这个辅助的静态传感器，系统仍然容易受到由大气压力变化引起的误报的影响。
集成复杂性
实现差分处理需要移动单元和参考单元之间的同步。
系统必须考虑脚部传感器和环境参考之间的实时通信或后期处理数据对齐，以确保准确的误差消除。
为您的目标做出正确的选择
如果您的主要重点是减少传感器漂移： 集成高分辨率气压计，提供必要的垂直高度约束，以检查惯性传感器的 Z 轴误差。
如果您的主要重点是环境鲁棒性： 实施带有已部署参考气压计的差分处理架构，以滤除暖通空调和天气引起的压力波动。
通过将惯性数据与差分气压传感相结合，您可以将嘈杂的环境数据转化为精确的楼层垂直定位。
摘要表：
| 功能 | 单气压计系统 | 差分气压计系统 |
|---|---|---|
| 主要功能 | 测量相对压力变化 | 比较移动与静态参考数据 |
| 漂移校正 | 限制 Z 轴惯性漂移 | 提供高精度高度锚定 |
| 暖通空调/天气影响 | 易受虚假高度读数影响 | 抵消大气噪声和波动 |
| 精度级别 | 基本楼层检测 | 专业级垂直精度 |
| 基础设施 | 无需额外设置 | 需要部署参考传感器 |
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参考文献
- Chi-Shih Jao, Andrei M. Shkel. Augmented UWB-ZUPT-SLAM Utilizing Multisensor Fusion. DOI: 10.1109/jispin.2023.3324279
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .