一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，包括以下步驟：A、在陀螺儀設(shè)備開啟時，利用靜止?fàn)顟B(tài)下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值；B、在運動狀態(tài)下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值；C、利用上一時刻的姿態(tài)角、根據(jù)加速度計的輸出得到的姿態(tài)角、根據(jù)角速度計得到的特定軸的角速度、上一時刻與當(dāng)前時刻的間隔時間以及數(shù)據(jù)融合參考系數(shù)，計算當(dāng)前的姿態(tài)角。本發(fā)明通過在數(shù)據(jù)融合過程中引入數(shù)據(jù)融合參考系數(shù)，在不增加計算復(fù)雜度的情況下實現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)融合，同時解決了現(xiàn)有技術(shù)在設(shè)備存在加速度的情況下不能進行姿態(tài)定位的問題。本發(fā)明作為一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法可廣泛應(yīng)用于陀螺儀【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陀螺儀【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有設(shè)備中采用陀螺儀來做智能控制，大多設(shè)備采用雙軸或三軸陀螺儀來控制設(shè) 備的姿態(tài)角，由于加速度計在靜止時數(shù)據(jù)是精確的，但是當(dāng)設(shè)備運動起來后，數(shù)據(jù)就不再精 確了，角加速度計計算物體的旋轉(zhuǎn)運動，至此只用一軸的數(shù)據(jù)，無論是單獨利用加速度計還 是單獨利用角加速度計都無法得到設(shè)備的角度，而且由于陀螺儀本身的精度和制造工藝等 問題，使得由硬件直接輸出的數(shù)據(jù)具有漂移和累積誤差，還有數(shù)據(jù)耦合過程中也會存在誤 差，因此輸出的角度數(shù)據(jù)無法長時間保持高精度，因此利用陀螺儀控制設(shè)備的技術(shù)難點在 于陀螺儀數(shù)據(jù)的融合運算。
[0003] 當(dāng)前主要有以下幾種陀螺儀數(shù)據(jù)融合的方法，基于四元數(shù)融合法，基于卡爾曼算 法的數(shù)據(jù)融合，基于互補濾波的方式進行數(shù)據(jù)融合。雖然基于卡爾曼算法的數(shù)據(jù)融合的精 度較高，但是計算量巨大，過程復(fù)雜，基于四元數(shù)法計算量比卡爾曼算法小一些，互補濾波 計算量最小但是精度要低一些，而且目前上面的這些融合算法都是在設(shè)備沒有做加速運動 的情況，在加速運動的情況下，加速度計的數(shù)據(jù)量融合了重力還有設(shè)備本身的加速度，無法 再利用它進行姿態(tài)定位。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種適用于設(shè)備存在加速度的陀 螺儀數(shù)據(jù)融合方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，包括有以下步驟： A、 在陀螺儀設(shè)備開啟時，利用靜止?fàn)顟B(tài)下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢 量和的模值； B、 在運動狀態(tài)下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值； C、 利用上一時刻的姿態(tài)角、根據(jù)加速度計的輸出得到的姿態(tài)角、根據(jù)角速度計得到的 特定軸的角速度、上一時刻與當(dāng)前時刻的間隔時間以及數(shù)據(jù)融合參考系數(shù)，計算當(dāng)前的姿 態(tài)角。
[0006] 進一步，所述步驟A中對三個軸矢量進行零值偏移誤差補償后再計算三個軸矢量 和的模值。
[0007] 進一步，所述數(shù)據(jù)融合參考系數(shù)根據(jù)上述步驟A、步驟B中的模值計算所得。
[0008] 進一步，所述步驟C中當(dāng)前姿態(tài)角的計算公式為：
【權(quán)利要求】
1. 一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：包括有以下步驟： A、 在陀螺儀設(shè)備開啟時，利用靜止?fàn)顟B(tài)下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢 量和的模值； B、 在運動狀態(tài)下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值； C、 利用上一時刻的姿態(tài)角、根據(jù)加速度計的輸出得到的姿態(tài)角、根據(jù)角速度計得到的 特定軸的角速度、上一時刻與當(dāng)前時刻的間隔時間以及數(shù)據(jù)融合參考系數(shù)，計算當(dāng)前的姿 態(tài)角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟A中對三 個軸矢量進行零值偏移誤差補償后再計算三個軸矢量和的模值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)融合參考 系數(shù)根據(jù)上述步驟A、步驟B中的模值計算所得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟C中當(dāng)前 姿態(tài)角的計算公式為：
其中angles為上一時刻的姿態(tài)角，angle_accelerate為根據(jù)加速度計的輸出得到的 姿態(tài)角，angle_gyro_rate為根據(jù)角速度計得到的特定軸的角速度，T為上一時刻與當(dāng)前時 刻的間隔時間，K為數(shù)據(jù)融合參考系數(shù)，anglet為當(dāng)前的姿態(tài)角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)融合參考 系數(shù)K的計算公式為：
其中G為所述步驟A中的模值，G_為所述步驟B中的模值，C和D為常數(shù)因子。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種陀螺儀數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：對于不同取值范圍 的IG1-Gj,設(shè)置不同值的常數(shù)因子C和常數(shù)因子D。
【文檔編號】G01C19/02GK104236533SQ201410476399
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】蓋增園, 王旭耀, 林羽凡, 李建奇, 雷波, 曾德祥 申請人:廣州博冠光電技術(shù)有限公司
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