一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法技術

本發明專利技術公開了一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，包括：S1：采集目標陀螺儀和加速度計的角速度和加速度；S2：獲取第一預設時間的角速度數據，計算加速度方差、角速度方差以及角速度積分；S3：判斷當前的運動狀態，根據運動狀態，進行姿態角計算，并采用不同修正系數調整姿態。本發明專利技術通過角速度數據和加速度數據，判斷設備當前的運動狀態，通過對應運動狀態調整陀螺儀累積誤差的消除速度，實現高精度姿態校準。姿態校準。姿態校準。

【技術實現步驟摘要】
一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法


[0001]本專利技術涉及設備姿態校準
，特別涉及一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法。

技術介紹

[0002]陀螺儀是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置，其測量角速度，具有高動態特性，但在實際使用時存在零點漂移誤差、白噪聲誤差和溫度影響誤差。
[0003]基于使用時存在的誤差，目前處理方式如下：
[0004]使用高精度的陀螺儀，將誤差降低，缺陷是成本急劇增高。
[0005]使用加速度的傾角姿態作修正，但是加速度在車輛等運動時波動很大及轉彎時向心加速度引入的誤差，導致設備姿態劇烈波動及不準確，適合靜態場景及低速場景，在車輛姿態分析及碰撞分析、摩托車壓彎等場景下不可接受。

技術實現思路

[0006]為解決上述問題，本專利技術提供了一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，具體技術方案如下：
[0007]S1：采集目標陀螺儀和加速度計的角速度和加速度；
[0008]S2：獲取第一預設時間的角速度數據，計算加速度方差、角速度方差以及角速度積分；
[0009]S3：判斷當前的運動狀態，根據運動狀態，進行姿態角計算，并采用不同修正系數調整姿態；
[0010]所述運動狀態包括轉彎狀態、直線行駛以及靜止狀態。
[0011]進一步的，步驟S2中，所述第一預設時間為2s。
[0012]進一步的，步驟S2中，所述角速度數據為航向角和橫滾角對應的角速度數據。
[0013]進一步的，步驟S2中，角速度積分計算如下：
[0014][0015]其中，x為角速度，dt為陀螺儀采用頻率倒數，n為當前采集頻率下在第一預設時間采集的角速度數據的個數。
[0016]進一步的，步驟S3中，所述運動狀態判斷如下：
[0017]角速度方差Sv低于0.1或加速度方差低于0.01時，判定設備處于靜止狀態；
[0018]角速度方差Sv＞100或角速度積分最大值Ss大于2時，判定設備處于轉彎狀態；
[0019]當設備處于非靜止狀態，且角速度積分最大值Ss小于2時，判定設備處于直線行駛狀態。
[0020]進一步的，步驟S3中，靜止狀態下，按照如下方法修正姿態；
[0021]角速度方差Sv低于0.1時的靜止狀態下，通過加速度計算姿態角，基于第一修正系數修正設備姿態；
[0022]加速度方差低于0.01的靜止狀態下，通過加速度計算姿態角，基于第二修正系數修正設備姿態；
[0023]角速度方差判定的優先級高于加速度方差判定的優先級。
[0024]進一步的，步驟S3中，直線行駛狀態下，按照如下方法修正姿態；
[0025]角速度積分最大值Ss小于0.5，且橫滾角和航向角對應角速度最大值小于1，橫滾角絕對值r小于5，通過加速度計算姿態角，基于第三修正系數修正設備姿態；
[0026]角速度積分最大值Ss小于1，且橫滾角和航向角對應角速度最大值小于2，r小于5，通過加速度計算姿態角，基于第四修正系數修正設備姿態；
[0027]角速度積分最大值Ss小于1.5，且橫滾角和航向角對應角速度最大值小于3，r小于5，通過加速度計算姿態角，基于第五修正系數修正設備姿態；
[0028]角速度積分最大值Ss小于2，且橫滾角和航向角對應角速度最大值小于4，r小于10，通過加速度計算姿態角，基于第六修正系數修正設備姿態。
[0029]進一步的，步驟S3中，設備處于轉彎狀態時，采用四元數算法通過角速度計算姿態角，不做姿態修正。
[0030]進一步的，步驟S2之前，還包括對步驟S1獲取的角速度數據按照如下方法進行零漂處理，得到去除零漂后的角速度；
[0031]基于第二預設時間，實時計算角速度的方差和均值；將角速度的方差減去平均得到去除零漂后的角速度；步驟S3中所述角速度數據即為去除零漂后的角速度數據。
[0032]進一步的，所述第二預設時間為5s。
[0033]本專利技術的有益效果如下：
[0034]基于實時加速度數據和角速度數據，計算加速度和角速度方差以及角速度積分，進而判定設備的運動狀態，根據不同的運動狀態，通過加速度或角速度計算姿態角，采用不同的修正系數進行設備姿態修正，通過對應運動狀態調整陀螺儀累積誤差的消除速度，實現高精度姿態校準。
附圖說明
[0035]圖1是本專利技術的方法流程示意圖。
具體實施方式
[0036]在下面的描述中對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0037]在本專利技術實施例的描述中，需要說明的是，指示方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該專利技術產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，或者是本領域技術人員慣常理解的方位或位置關系，或者是該專利技術產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有
特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0038]在本專利技術實施例的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接連接，也可以通過中間媒介間接連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本專利技術中的具體含義。
[0039]實施例1
[0040]本專利技術的實施例1公開了一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，如圖1所示，具體如下：
[0041]S1：采集目標陀螺儀和加速度計的實時角速度和加速度；
[0042]獲取第二預設時間的角速度數據，并計算第二預設時間的角速度方差，判斷角速度方差是否小于0.3；
[0043]若小于則對角速度數據案如下方式進行零漂處理，得到去除零漂后的角速度；
[0044]基于對應的第二預設時間，實時計算角速度的均值；將角速度的方差減去平均得到去除零漂后的角速度；
[0045]將去除零漂后的角速度數據作為后續步驟S3中參與計算的角速度數據。
[0046]本實施例中，所述第二預設時間為5s。
[0047]S2：獲取第一預設時間的角速度數據，計算加速度方差、角速度方差以及角速度積分；
[0048]本實施例中，所述第一預設時間為2s；所述角速度數據為航向角和橫滾角對應的角速度數據。
[0049]角速度積分計算如下：
[0050][0051]其中，x為角速度，dt為陀螺儀采用頻率倒數，n為當前采集頻率下在第一預設時間采集的角速度數據的個數。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，其特征在于，包括：S1：采集目標陀螺儀和加速度計的角速度和加速度；S2：獲取第一預設時間的角速度數據，計算加速度方差、角速度方差以及角速度積分；S3：判斷當前的運動狀態，根據運動狀態，進進行姿態角計算，并采用不同修正系數調整姿態；所述運動狀態包括轉彎狀態、直線行駛以及靜止狀態。2.根據權利要求1所述的基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，其特征在于，步驟S2中，所述第一預設時間為2s。3.根據權利要求2所述的基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，其特征在于，步驟S2中，所述角速度數據為航向角和橫滾角對應的角速度數據。4.根據權利要求3所述的基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，其特征在于，步驟S2中，角速度積分計算如下：其中，x為角速度，dt為陀螺儀采用頻率倒數，n為當前采集頻率下在第一預設時間采集的角速度數據的個數。5.根據權利要求4所述的基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，其特征在于，步驟S3中，所述運動狀態判斷如下：角速度方差Sv低于0.1或加速度方差低于0.01時，判定設備處于靜止狀態；角速度方差Sv＞100或角速度積分最大值Ss大于2時，判定設備處于轉彎狀態；當設備處于非靜止狀態，且角速度積分最大值Ss小于2時，判定設備處于直線行駛狀態。6.根據權利要求5所述的基于陀螺儀和加速度計的姿態校準方法，其特征在于，步驟S3中，靜止狀態下，按照如下方法修正姿態；角速度方差Sv低于0.1時的靜止狀態下，通過加速度計算姿態角，基于第一修正系數修正設備姿態；加速度方差低于0.01的靜止狀態下，通過加速度計算姿態角，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱偉，宋濤，
申請(專利權)人：成都路行通信息技術有限公司，
類型：發明
國別省市：