感測器雜訊

感測器雜訊，指的是污染每一次真實量測的那種隨機、不需要的抖動。如果你讓一個機器人完全靜止不動，再讀取它的距離感測器一百次，你不會得到一百個相同的數值，而會得到一團散布在真值周圍、略有差異的讀數。那團散布就是雜訊。它來自無法避免的物理因素，比如電路內部電子的熱擾動、微小的振動、附近馬達帶來的電磁干擾，以及把連續的真實數值「四捨五入」成離散數字台階這一動作本身。雜訊不同於穩定的誤差：雜訊會從一次讀數到下一次讀數毫無規律地搖擺，而固定的偏移（稱為偏置）則會讓每一次讀數都朝同一個方向偏。

工程師通常用雜訊的「大小」來描述它，常用標準差表示讀數散布得有多寬，並假設它在足夠長的時間裡平均會歸於零。這個假設很有用，因為它意味著你可以透過對多次讀數取平均、或對訊號進行平滑來對抗雜訊，用一點速度上的代價換取一個更穩定的數值。這為什麼重要？一個對每一個雜訊尖峰都信以為真的機器人，會因為根本不存在的障礙物而抽動、急剎或亂打方向。了解雜訊的大小，能讓機器人合理地權衡各個感測器：更信賴一個安靜可靠的，而對一個抖動劇烈的打折扣。給每一次量測附上一個誠實的不確定度，正是感測器融合以及那些讓機器人保持平穩的濾波器的根基。