一種水平姿態測量方法、系統、處理設備及存儲介質技術方案

本發明專利技術涉及一種水平姿態測量方法、系統、處理設備及存儲介質，其特征在于，包括：將MIMU放置于載體上，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角；進行載體的靜止狀態判斷，并根據MIMU內加速度計的輸出數據，實時計算進入靜止狀態的載體水平姿態角和載體的噪聲動態觀測方差陣；根據獲取的姿態角和實時計算的水平姿態角，實時確定載體的失準角；根據載體的噪聲動態觀測方差陣和失準角，確定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的載體姿態角；對更新后的載體姿態角和進入靜止狀態的載體水平姿態角進行融合，確定載體的水平姿態角，本發明專利技術可以廣泛應用于慣性技術領域中。術領域中。術領域中。

【技術實現步驟摘要】
一種水平姿態測量方法、系統、處理設備及存儲介質


[0001]本專利技術涉及慣性
，特別是關于一種水平姿態測量方法、系統、處理設備及存儲介質。

技術介紹

[0002]MIMU(Micro Inertial Measurement Unit，微慣性測量單元)由于其自身小體積、低功耗、低成本等特點，已經成為小型無人機、無人車、微型穩定平臺以及人體可穿戴式智能化設備的首選器件，應用于姿態測量及導航定位。目前，應用于MIMU測姿的方法主要是利用MIMU內加速度計的精度和穩定性遠高于陀螺器件水準的特點，在考慮載體運動過程中的靜止或準靜止狀態下，通過互補濾波等方法融合陀螺的解算姿態和加速度計的估計姿態，達到提升載體水平姿態的測量精度。
[0003]但是，目前采用互補濾波方法進行融合時，對于不同姿態的權重設置僅依靠經驗值，或者基于加速度計幅值的一階線性關系，不能更為準確地評估加速度計水平姿態估計的精度。因此，需要一種能夠實時動態地計算加速度計水平姿態的估計精度的方法，從而更為準確的進行姿態融合解算。

技術實現思路

[0004]針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種水平姿態測量方法、系統、處理設備及存儲介質，能夠實時動態地計算加速度計水平姿態的估計精度。
[0005]為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：第一方面，提供一種水平姿態測量方法，包括：
[0006]將MIMU放置于載體上，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角；
[0007]根據MIMU內加速度計的輸出數據，實時計算進入靜止狀態的載體水平姿態角和載體的噪聲動態觀測方差陣；
[0008]根據獲取的姿態角和實時計算的水平姿態角，實時確定載體的失準角；
[0009]根據載體的噪聲動態觀測方差陣和失準角，確定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的載體姿態角；
[0010]對更新后的載體姿態角和進入靜止狀態的載體水平姿態角進行融合，確定載體的水平姿態角。
[0011]進一步地，所述將MIMU放置于載體上，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角，包括：
[0012]將MIMU放置于載體上，獲取MEMS陀螺的初始零偏；
[0013]采用四元數姿態更新方法，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角包括橫滾角俯仰角和航向角
[0014]進一步地，所述根據MIMU內加速度計的輸出數據，實時計算進入靜止狀態的載體
水平姿態角和載體的噪聲動態觀測方差陣，包括：
[0015]根據MIMU內加速度計的輸出數據和加速度計輸出幅值閾值范圍，進行載體的靜止狀態判斷；
[0016]當載體進入靜止狀態時，根據加速度計的輸出數據，實時計算載體的水平姿態角；
[0017]根據加速度計輸出的水平姿態方差，實時確定噪聲動態觀測方差陣。
[0018]進一步地，所述根據MIMU內加速度計的輸出數據和加速度計輸出幅值閾值范圍，進行載體的靜止狀態判斷，包括：
[0019]設定三軸加速度計的輸出為其中，b為載體坐標系，和分別為x軸、y軸、z軸加速度計的輸出，取前右下坐標投影，導航系n系選擇北東地坐標；
[0020]設定加速度計輸出幅值的閾值范圍：
[0021][0022]其中，g為重力加速度的值；k為閾值系數；為加速度計的輸出含有誤差；為三軸加速度計的輸出模值。
[0023]進一步地，所述根據加速度計輸出的水平姿態方差，實時確定噪聲動態觀測方差陣，包括：
[0024]根據加速度計輸出的噪聲方差，采用下述模型，實時動態確定水平姿態角的方差：
[0025][0026]其中，D(φ
N
)、D(φ
E
)為水平姿態角的方差；為加速度計輸出的噪聲方差；
[0027]根據實時動態確定的水平姿態角的方差，實時確定噪聲動態觀測方差陣
[0028][0029]其中，V
k
為k時刻的噪聲；V
j
為j時刻的噪聲；δ
kj
為狄拉克函數，R
k
為航向失準角的方差D(φ
D
)以及實時動態確定的水平姿態角的方差D(φ
N
)和D(φ
E
)：
[0030][0031]進一步地，所述根據獲取的姿態角和實時計算的水平姿態角，實時確定載體的失準角，包括：
[0032]根據載體的姿態角和進入靜止狀態的載體水平姿態角，確定水平參考姿態的歐拉角；
[0033]采用旋轉矢量計算方法，根據水平參考姿態的歐拉角和載體的姿態角，獲取載體的水平失準角；
[0034]將獲取的載體姿態角中的航向角和判斷靜止初始時刻的航向角的差值作為載體的航向失準角。
[0035]進一步地，所述根據噪聲動態觀測方差陣和載體的失準角，確定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的載體姿態角，包括：
[0036]采用KF濾波方法，根據噪聲動態觀測方差陣和載體的失準角，確定MIMU的陀螺零偏；
[0037]采用四元數姿態更新方法，根據MIMU的陀螺零偏，得到更新后的載體姿態角。
[0038]第二方面，提供一種水平姿態測量系統，包括：
[0039]姿態解算模塊，用于根據載體的初始姿態，對放置于載體上的MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角；
[0040]噪聲動態觀測方差陣計算模塊，用于根據MIMU內加速度計的輸出數據，實時計算進入靜止狀態的載體水平姿態角和載體的噪聲動態觀測方差陣；
[0041]失準角計算模塊，用于根據獲取的姿態角和實時計算的水平姿態角，實時確定載體的失準角；
[0042]陀螺零偏計算模塊，用于根據載體的噪聲動態觀測方差陣和失準角，確定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的載體姿態角；
[0043]融合模塊，用于對更新后的載體姿態角和進入靜止狀態的載體水平姿態角進行融合，確定載體的水平姿態角。
[0044]第三方面，提供一種處理設備，包括計算機程序指令，其中，所述計算機程序指令被處理設備執行時用于實現上述水平姿態測量方法對應的步驟。
[0045]第四方面，提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序指令，其中，所述計算機程序指令被處理器執行時用于實現上述水平姿態測量方法對應的步驟。
[0046]本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點：
[0047]1、本專利技術建立實時動態方差估計模型，可以準確評估由加速度計進行水平姿態估計的精度，可以為加速度計估計的水平姿態應用提供精度衡量。
[0048]2、本專利技術通過實時動態方差估計，將KF濾波和互補濾波有效結合，實現兩層互補，且互補系數的設定不需要再依據經驗值或是簡單的線性估計，而是更為精準的實時權重分配，能夠進一步提升水平姿態的估計精度以及減弱環境震動所來的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種水平姿態測量方法，其特征在于，包括：將MIMU放置于載體上，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角；根據MIMU內加速度計的輸出數據，實時計算進入靜止狀態的載體水平姿態角和載體的噪聲動態觀測方差陣；根據獲取的姿態角和實時計算的水平姿態角，實時確定載體的失準角；根據載體的噪聲動態觀測方差陣和失準角，確定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的載體姿態角；對更新后的載體姿態角和進入靜止狀態的載體水平姿態角進行融合，確定載體的水平姿態角。2.如權利要求1所述的一種水平姿態測量方法，其特征在于，所述將MIMU放置于載體上，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角，包括：將MIMU放置于載體上，獲取MEMS陀螺的初始零偏；采用四元數姿態更新方法，根據載體的初始姿態，對MIMU的陀螺輸出數據進行姿態解算，獲取載體的姿態角包括橫滾角俯仰角和航向角3.如權利要求1所述的一種水平姿態測量方法，其特征在于，所述根據MIMU內加速度計的輸出數據，實時計算進入靜止狀態的載體水平姿態角和載體的噪聲動態觀測方差陣，包括：根據MIMU內加速度計的輸出數據和加速度計輸出幅值閾值范圍，進行載體的靜止狀態判斷；當載體進入靜止狀態時，根據加速度計的輸出數據，實時計算載體的水平姿態角；根據加速度計輸出的水平姿態方差，實時確定噪聲動態觀測方差陣。4.如權利要求3所述的一種水平姿態測量方法，其特征在于，所述根據MIMU內加速度計的輸出數據和加速度計輸出幅值閾值范圍，進行載體的靜止狀態判斷，包括：設定三軸加速度計的輸出為其中，b為載體坐標系，和分別為x軸、y軸、z軸加速度計的輸出，取前右下坐標投影，導航系n系選擇北東地坐標；設定加速度計輸出幅值的閾值范圍：其中，g為重力加速度的值；k為閾值系數；為加速度計的輸出含有誤差；為三軸加速度計的輸出模值。5.如權利要求3所述的一種水平姿態測量方法，其特征在于，所述根據加速度計輸出的水平姿態方差，實時確定噪聲動態觀測方差陣，包括：根據加速度計輸出的噪聲方差，采用下述模型，實時動態確定水平姿態角的方差：
其中，D(φ
N
)、D(φ
E
)為水平姿態角的方差；為加速度計輸出的噪聲方差；根據實時動態確定的水平姿態角的方差，實時確定噪聲動態觀測方差陣根據實時動態確定的水平姿態角的方差，實時確...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭美風，楊海軍，王成賓，李新，陳建強，石耿修，梁弘毅，
申請(專利權)人：上海塞嘉電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：