分步方法
及其对成功使用 Marvelmind 室内定位系统的重要性
分步操作是成功的关键
在我们的文章和视频中，我们已经以各种方式多次强调，在使用面向自主机器人或无人机的 Marvelmind 室内定位系统时，分步操作非常重要；我们还写过无数封邮件，恳请客户遵循这一方法，从而成功使用我们的系统。这一方法是通用的，几乎适用于任何其他复杂系统：
然而， 我们的许多客户过于心急 ，试图一步跳到最终配置，采用 “插上电就祈祷”的方法 🙂
。遗憾的是，这对复杂的多层系统行不通。 分步操作是通往成功的快速而可靠的途径.
为什么“插上电就祈祷”的方法不适合复杂系统？
如果在赌场里押黑或押红，这种押注方法还不错，因为您有50%的成功机会。但那是单步游戏，或者说单层系统。
更复杂的系统通常是多步骤或多层的。不加验证的盲目猜测，成功的机会会非常低：
- 假设您的系统由许多层组成，例如10–20层或10–20个步骤
- 由于对系统了解有限或其他基本错误，每一层的成功率在10–80%之间
- 每一步都很容易完成，也很容易验证；如果某一步出现问题，也很容易修复
- 如果您决定在不逐步验证的情况下搭建整个系统，您的 预期成功率 最终会在 0.8^10 到 0.1^20 之间，即介于 10.7% 到 1e-20 之间，具体取决于您的经验和系统的步骤数。
这是您想要的成功率吗？……
这份 “插上电就祈祷”的方法 ——即搭建整个多层系统、开机，并在没有对每个底层逐一预先验证的情况下期待它正常工作—— 无法以可接受的成功概率带来结果，还会耗费您的时间，甚至可能让您在一个相对简单的多层系统上遭遇失败。
分步操作 = 有把握
整篇文章的内容都很浅显，甚至老生常谈。然而，我们已经无数次看到受过良好教育的用户试图直接跳到最终配置，并寄希望于系统能正常工作。因此，我们不得不再次强调分步操作的重要性，并努力说服用户认真对待这一基本方法，从而大幅提高使用我们或任何其他多层系统的成功率。
这种方法并没有什么神奇之处。但有几个要点必须清楚认识：
- 系统中的每个基本步骤都很简单 ，尽管整个系统看起来可能非常复杂。通常，每一步甚至可以讲给老奶奶或小学生听，他们也能听懂
- 每一步都能快速、轻松地验证， 逐层测试是关键。您随时可以回到保存的配置重新测试，并得到相同的结果。之后，您可以更仔细地进行下一步，看清究竟在哪里出了错。同样非常重要的是要明白：每一步的测试和调试都非常简单、非常快，因为您每次只做很小的改动；即使出错，也往往是些简单的错误，比如：“哦！我没打开信标”、“哦！我没输入信标高度，所以地图或读数失真了”、“哦！新信标在墙后面，这个位置没有视线”——就这么简单。很容易发现并立即修复，而且非常快。为什么快？设想一个极度简化的场景：您有6个步骤，每一步有10种出错方式；您并不是随机做决定，但这10种可能确实存在。要让系统工作，您只需进行6次测试，并且只在上一步成功后才进入下一步；如果您先把一切都搭好再开始测试，就会面对 10^6=1,000,000 种测试组合，而分步操作只需最初的6次测试
- 调试变得轻而易举。您不需要在数十亿种组合中搜索。您非常清楚问题在哪里……“这一步结果正常，下一步不正常。我恰恰在这一步做错了什么……我到底改了什么？……让我检查一下设置，核实一下结果，再复查一下基础”，诸如此类。不再是几天毫无结果的搜索和猜测，而是几分钟甚至几秒钟。这不是很基本吗？这不是显而易见应该做的吗？是的……但为什么那么多受过良好教育的用户不这样做呢？……人的思维总是令人着迷 🙂
- 您对每一步都有把握 ，因为每个底层都经过了验证。您的基础不会因未经证实的假设而动摇。您思路专注、充满信心。这会让开发和调试速度提高许多倍
- 每次只增加一步复杂度。这正是分步操作的精髓。如果您相对于上一层/上一步同时改了两处或更多地方，而某些功能不正常，原因可能是改动 A，也可能是改动 B 或改动 C。组合和可能性会呈爆炸式增长。逐一验证需要时间……大量的时间……何必冒险？！先做改动 A 并验证，再做改动 B 并验证，然后做改动 C 并验证。这样您只有三步，也只需三次验证。如果同时做多处改动，可能会有成千上万种组合，很难有把握地排除其中许多组合，而要全部验证几乎不可能……
通过实例更好地理解分步操作的重要性
分步操作的逻辑非常直接、非常简单。下面的示例可以跳过，因为它们只是把上文已经写过的内容，结合 Marvelmind 室内定位系统再强调一遍。
自主无人机的 Precise Z 配置
一位客户的典型请求： “我正在为室内无人机飞行搭建 Marvelmind 系统。我按照下面的方案以及手册中的‘9.15.1. How to build vertical submap for stable Z’进行操作……
但我发现我的 Dashboard 中只有 RX1 到 RX4，没有 RX5。我的信标是带 IMU 的 Super-Beacon-3。我按照手册操作，但如果只打开 RX4，地面上的4个信标就没有任何读数。
我的型号有5个 RX 传感器还是只有4个？
如果只有4个，每个编号分别对应哪个方向？”
这个问题的答案非常简单，而且还与传感器或换能器无关。关键在于：不建议一开始就直接跳到最终配置。当然，您最终会达到最终配置，但要通过一个个经过验证的小步骤。否则，由于对我们这样的多层系统还不熟悉，您很可能会在某处犯下基本错误，却不知道究竟错在哪里。除了一步一步来、并在每一步验证一切仍然正常之外，没有其他明确的办法能找到错误。
例如：
第1步：构建基本的2D 地图，仅包含 NIA 中的一个子地图：
- 三脚架上放一个移动信标
- 暂不使用无人机。
- 暂不飞行。
- 当然，也暂不进行自主飞行
即使您需要的是3D跟踪、Precise Z 和 IA 也没关系。您会实现它们，但要通过一个个经过验证的小步骤。
用单个移动信标搭建2D NIA，确认跟踪正常。保存配置，以便下一层/下一步因任何原因无法工作时，随时可以回到这一配置。
现在，您有了第一个可靠工作的配置，已经避开了50%以上的 常见错误（YouTube）。如果每次只在层与层之间做一个小改动，您就能集中精力，轻松快速地找到错误。
一旦在单个子地图中用单个信标实现了基本2D跟踪，下一步您就有一个 选项树 可供选择。但关键是 每次只做一处改动，这项任务的难度要大得多，例如：
下一步怎么选，取决于您的技能、项目等。关键点非常简单： 每次只改动配置中的一处，不能更多。这样调试才能简单、快速。
第2步： 例如，您选择 构建3D跟踪 ：使用四个固定信标，取代已经正常工作的仅用两个固定信标的2D跟踪。我再重复一遍：NIA 仍然是 NIA，仍然只有一个移动信标、一个子地图，一切仍然在三脚架上，等等。一切照旧，除了从2D转为3D之外，没有任何改变。即使只做了这一项基本改动，仍然有很多地方可能出错：
- 新信标的软件未更新
- 新信标未恢复默认设置
- 新信标没有视线
- 新信标的地址未知
- 新信标未开机
- 未设置新信标的高度
- 等等
可能会犯很多 低级错误 ，但至少您很清楚，如果跟踪不完美该去哪里找原因。您已经有了经过验证的2D跟踪，也就是已经正常工作的2D配置。在最坏的情况下，您可以拆掉无法工作的3D配置，回到正常工作的2D配置，然后更加细心地从头开始。
在每一步/每一层验证跟踪（对其他系统而言则是验证是否成功）是绝对必要的。
3D成功后，您再次面临一个 选择树:
- 转到 IA
- 跟踪两个移动信标
- 在无人机上安装信标，尝试以手动模式飞行，看看一切是否仍然正常：无人机的遥控或数传不会干扰 Marvelmind 的无线电，无人机的部件不会挡住超声波视线，螺旋桨不会干扰跟踪，等等
第3步：例如，您决定 尝试 IA ，因为您对它还没有把握。您读到过 IA 比 NIA（中文）更复杂。其实对您来说，IA 用起来和 NIA（中文） 一样简单，但 IA 内部比 NIA（中文）复杂得多，也需要您更加用心。例如：
- 在 NIA 中，可以选择任意频率的 Super-Beacon 作为移动信标和固定信标，都能正常工作
- 但在 IA 中就没有这种自由。在 IA 中，同一子地图中的所有固定信标必须使用不同的超声波频率
- 各频率之间的间隔应尽可能大，这样滤波更容易、更可靠。例如，25+31+37+45 kHz 的信标组合优于 19+22+25+28 kHz，请注意信标之间的频率差
- 如果计划在 IA 中飞行无人机，还应确认 19 kHz 或 22 kHz 的 Super-Beacon 可能并非好的选择，因为这些频率接近可听频段，螺旋桨可能产生过多的声学噪声。可能有，也可能没有；使用 Dashboard 内置的 示波器（YouTube） 即可轻松快速地验证。针对您的具体设置测试一下，几秒钟就能看到结果
要点应该很清楚： 每一步都很简单，但每一步都是一次新的出错机会。您可以为每一步的成功赋予一个加权概率。这个概率取决于用户的细致程度、经验和任务的复杂度，但始终小于1。因此，当步骤很多时， 成功的机会 （在 Marvelmind 室内定位系统这样的多层系统中） 如果不逐步验证，将趋近于零.
可靠、简单又快速的解决办法，就是在每个小步骤上进行验证。
第4步：IA 成功后，您可以尝试 在无人机上测试跟踪 ，采用手动控制飞行模式。请记住，到目前为止，一切都还在三脚架上。请参阅 展示机器人的类似示例。只用一个移动信标测试，比如成对信标配置中的左侧移动信标。
第5步：左侧移动信标成功后，将其关闭，安装右侧信标，重复上一步；如果想格外精确、有把握，甚至可以重复前面几步，但这次 无人机上只装右侧移动信标。
第6步：现在， 启用两个移动信标 ，让它们同时工作，但暂时不要配对。
第7步: 将信标配对。注意设置中的左右，检查移动信标之间的连接线，确保连接快速；弄清楚谁是主信标、谁是从信标。在 Dashboard 中正确设置移动信标之间的距离，并记住距离究竟是在哪两点之间测量的。
可以看到，每一步都有 基本陷阱 可能让您掉进去。您的任务是用尽可能少的时间解开这道 简单的谜题 ，确认这一层/这一步，然后进入下一步。简单吗？简单。但每一层都必须确认，因为这是一道谜题，即使是我们当中再细心、再有经验的人也会出错。不要迷失方向。在进入新一步之前，先验证每一步。
第8步：现在可以 集成 您的外部系统了，例如 ArduPilot/PX4/PixHawk.
外部系统同样是分层的，因此在那里也要使用同样的方法。逐步验证每一项，从基本的波特率设置，到关闭磁力计或气压计，再到几十项其他设置。不要“插上电就祈祷”。您可能在我们的系统上成功了，却在外部系统上失败。我们不希望这样。我们希望您的项目从头到尾都取得成功。
第9步：自主飞行成功了？恭喜！您已经超过了50%的用户。
请记住，您想要的是 Precise Z 配置。您已经有了基本的3D跟踪，甚至实现了基本的自主飞行。例如，固定信标位于离地5米的高处，您在信标下方顺利飞行。一切都符合 安装布置手册（中文）的要求。完美！
然而，您想要的是 Precise Z 配置，例如用于自主降落，或者在室外用 GPS 引导飞行、然后降落到机库中：
目前您已经能很好地自主飞行，但移动信标位于飞行高度上方；现在需要把它们放到地面上并朝上，而移动信标则必须改为朝下。照此操作。
您甚至可以退回一步，不进行自主飞行，而是先逐个确认移动信标的基本跟踪，或直接在成对信标配置中确认。这由您决定。分步配置的逻辑依然成立，跳过步骤（哪怕是很小的步骤）的风险依然存在。
照例每次只改动一处，不要改动其他任何东西。
在固定信标所在平面（即地面）附近，Z 坐标可能会出现问题。这是正常的，请看下面的视频。Z 的问题正是之后要借助 Precise Z 配置来解决的，但现在还没到那一步。
确认在离固定信标平面较远、几何布局良好的情况下飞行时，自主飞行仍然良好。更多相关内容：
第10步：现在您已经可以在地面固定信标的上方很好地飞行，是时候 构建第二个子地图 了，即垂直子地图，这是 Precise Z 配置的第二部分。您大概已经猜到，建议遵循同样的逻辑：
- 禁用所有其他固定信标（水平子地图的信标），即不属于垂直子地图的信标
- 仅在垂直子地图中，先实现完美跟踪，再实现自主飞行
第11步：只有到了这个阶段，才 启用两个子地图，在 Dashboard 中正确设置，验证两个子地图中的基本跟踪，然后再尝试飞行：
验证成功后，您的 Precise Z 配置就完成了。恭喜！
回答邮件中关于换能器和麦克风的其他问题：
- 以前我们使用的是模拟式 Beacon HW v4.9，其换能器既能发射也能接收
- Super-Beacon 有5个发射换能器（TX1–TX5）和1个接收麦克风（RX1）
- 建议将信标的 TX4 和 RX1 麦克风对准服务区域的中心。理想情况下，可以使用类似以下的支架： https://marvelmind.com/
product/magnetic-holder/ - 请记住，每个发射换能器的方向图约为90度。详见 操作手册（中文）
可以看到，关于换能器的问题可能与搭建 Precise Z 配置有关，但需要考虑的远不止这些。
总结
- 这份 循序渐进的方法 是一种非常直接、快速的方法，可帮助您有把握地成功使用复杂系统，包括 Marvelmind 室内定位系统
- 这份 “插上电就祈祷”的方法 理论上可能更快，但在实际的多层系统中完全行不通，因为当系统层数很多或需要很多步骤时，这种方法的成功概率低得可以忽略不计