本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種慣性測量單元(1)，用于根據(jù)施加在慣性測量單元上的力或運(yùn)動來提供輸出傳感器數(shù)據(jù)，包括：傳感器單元(2)，包括一個或多個用于檢測運(yùn)動的傳感器元件(21)；濾波單元(4)，包括一個或多個濾波器元件(41a，41b)，其中濾波單元(4)被配置成根據(jù)多個濾波器參數(shù)對傳感器數(shù)據(jù)應(yīng)用一個或多個濾波器元件(41a，41b)；濾波器參數(shù)單元(5)，包括數(shù)據(jù)驅(qū)動的濾波器參數(shù)模型，用于響應(yīng)于從多個傳感器元件(21)獲得的傳感器數(shù)據(jù)向濾波單元(4)提供多個濾波器參數(shù)。器參數(shù)。器參數(shù)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
慣性測量單元和操作測量單元的方法
[0001]本專利技術(shù)涉及用于在一個或多個維度上測量慣性(線性(平移)加速度)、角速度和/或角加速度的慣性測量單元(inertial measurement units,IMU)。本專利技術(shù)特別是涉及多個慣性測量單元，其具有原始傳感器信號的預(yù)處理，其中預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清理(data cleaning)、濾波(filtering)等。
技術(shù)介紹
[0002]IMU應(yīng)用于各種應(yīng)用中，例如用于傾斜傳感器、移動設(shè)備中的導(dǎo)航目的等。特別是，IMU通常用于車輛中使用的制導(dǎo)系統(tǒng)中，其中制導(dǎo)系統(tǒng)為導(dǎo)航提供了獨(dú)立和替代的來源。
[0003]標(biāo)準(zhǔn)IMU可以通過基于MEMS的系統(tǒng)來實現(xiàn)，并且通常包括基于彈簧偏置質(zhì)量的傳感器單元，其中彈簧偏置質(zhì)量被電容地耦合以根據(jù)施加在其上的運(yùn)動感應(yīng)力(例如慣性力或向心力)提供一可變電容輸出。傳統(tǒng)上來說，可變電容用來測量以提供例如以電壓信號形式呈現(xiàn)的原始傳感器數(shù)據(jù)。
[0004]通常，由傳感器單元提供的傳感器信號是原始傳感器信號。由于傳感器單元的感測在寬范圍的物理條件下是敏感的，例如溫度、環(huán)境壓力、機(jī)械應(yīng)力、磁場/電磁場等，因此必須對原始傳感器信號進(jìn)行預(yù)處理，以獲得可用于下游應(yīng)用的清潔傳感器信號。因此，在非常接近的情況下，補(bǔ)償和/或濾波單元與傳感器單元耦合，以允許對原始傳感器信號進(jìn)行校準(zhǔn)、重新校準(zhǔn)和/或過濾。由于預(yù)處理通常可以包括對原始傳感器信號的補(bǔ)償，這允許校正感測單元的未對準(zhǔn)，并且用于應(yīng)用比例因子和偏移來校正感測失配。這種補(bǔ)償可以由補(bǔ)償表來定義，以存儲相關(guān)的補(bǔ)償參數(shù)。
[0005]此外，預(yù)處理可以包括對原始傳感器信號進(jìn)行濾波，特別是為了減少或消除諸如來自高頻振動等的動態(tài)影響。濾波器可以通過濾波器參數(shù)來參數(shù)化。通常，補(bǔ)償表和濾波器參數(shù)是通過校準(zhǔn)來確定的，然而，由于傳感器信號的測量對周圍物理條件的高靈敏度，在所有操作情況下都不能獲得準(zhǔn)確的傳感器信號。
[0006]本專利技術(shù)的目的是提供一種改良的慣性測量單元，即使在可變的操作條件下也能獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0007]這個目的已經(jīng)通過根據(jù)權(quán)利要求1的具有自適應(yīng)濾波的慣性測量單元、通過根據(jù)另外的獨(dú)立權(quán)利要求的用于操作慣性測量單元的方法、通過用于要在慣性測量單元中應(yīng)用的濾波器參數(shù)模型的訓(xùn)練方法來實現(xiàn)。
[0008]在從屬權(quán)利要求中指出了進(jìn)一步的實施例。
[0009]根據(jù)第一方面，提供了一種用于根據(jù)施加在慣性測量單元上的運(yùn)動來提供輸出傳感器數(shù)據(jù)的慣性測量單元，包括：
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傳感器單元，包括一個或多個運(yùn)動傳感器元件，其被配置成基于與運(yùn)動相關(guān)的力來檢測運(yùn)動，并基此提供傳感器數(shù)據(jù)；
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濾波單元，包括一個或多個濾波器元件，其中濾波單元被配置成根據(jù)多個濾波器參數(shù)對傳感器數(shù)據(jù)上應(yīng)用一個或多個濾波器，特別是基于過濾的傳感器數(shù)據(jù)提供輸出傳感器數(shù)據(jù)；
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濾波器參數(shù)單元，包括數(shù)據(jù)驅(qū)動的濾波器參數(shù)模型，其用于向濾波器元件提供多個濾波器參數(shù)，以響應(yīng)于從傳感器元件獲得的傳感器數(shù)據(jù)。
[0010]此外，傳感器單元可以進(jìn)一步包括一個或多個操作傳感器元件，其具體包括溫度傳感器、環(huán)境壓力傳感器、機(jī)械應(yīng)力傳感器、磁場傳感器和電磁場傳感器中的至少一個，其中一個或多個操作傳感器元件提供至少一個操作參數(shù)；其中濾波器參數(shù)單元被配置為接收至少一個操作參數(shù)，并根據(jù)至少一個操作參數(shù)提供濾波器參數(shù)。
[0011]可以規(guī)定，濾波單元在隨后的時間步長中連續(xù)運(yùn)行。
[0012]根據(jù)上述慣性測量單元(inertial measurement unit,IMU)，使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的濾波器參數(shù)模型進(jìn)行動態(tài)在線濾波器參數(shù)自適應(yīng)。實質(zhì)上，IMU包括具有一個或多個感測元件的感測單元，例如運(yùn)動傳感器，例如加速度計、陀螺儀等，以及預(yù)處理單元。預(yù)處理單元包括具有一個或多個濾波元件的濾波單元，濾波單元適于應(yīng)用于源自一個或多個感測元件的傳感器數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)對應(yīng)于數(shù)字化(原始)傳感器信號，并且預(yù)處理單元被配置成處理數(shù)字化數(shù)據(jù)。
[0013]借助于濾波器參數(shù)模型，濾波單元可以永久地適應(yīng)IMU的操作條件。濾波器參數(shù)模型被連續(xù)地操作并被配置成提供多個濾波器參數(shù)，其中這些濾波器參數(shù)響應(yīng)于傳感器數(shù)據(jù)以及可選地響應(yīng)于IMU的一個或多個操作條件。
[0014]濾波器參數(shù)模型可以是任何種類的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，例如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。取決于濾波單元的設(shè)置，濾波器參數(shù)模型可以形成為分類模型、回歸模型或其組合。
[0015]濾波器參數(shù)可以包括多個濾波器類型選擇參數(shù)，用于選擇濾波單元的多個濾波器元件之一，使得只有所選的濾波器元件提供輸出傳感器數(shù)據(jù)。特別地，每一個濾波器元件的濾波器類型和/或濾波器參數(shù)可以被預(yù)設(shè)的。
[0016]此外，多個濾波器參數(shù)可以包括用于提供分類向量的多個濾波器類型選擇參數(shù)，每一個元素與相應(yīng)的濾波器元件相關(guān)聯(lián)，其中每一個濾波器元件的濾波器輸出傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)分類向量的元素的值被加權(quán)，其中輸出傳感器數(shù)據(jù)被提供為加權(quán)的濾波器輸出傳感器數(shù)據(jù)的組合，例如通過相加。
[0017]可以規(guī)定，濾波器參數(shù)包括用于為一個或多個濾波器元件提供設(shè)置的濾波器設(shè)置參數(shù)。
[0018]因此，多個濾波器參數(shù)可以包括濾波器類型選擇參數(shù)，其允許從一種或多種濾波器類型的多個濾波器元件中選擇一個濾波器元件，以通過在任何時候連續(xù)選擇最佳濾波器類型來優(yōu)化作為IMU輸出的所提供的輸出傳感器數(shù)據(jù)的精度。此外，濾波器參數(shù)模型可以為濾波單元的一個或多個實現(xiàn)的濾波器元件提供濾波器設(shè)置。因此，不同的濾波器元件可以在濾波器的類型和/或它們的濾波器設(shè)置方面不同，使得濾波器元件具有不同的類型或者包括相同濾波器類型但是具有不同參數(shù)化的幾個濾波器元件。例如，濾波單元可以通過諸如互補(bǔ)式濾波器、卡爾曼濾波器等濾波器元件來實現(xiàn)。
[0019]濾波器參數(shù)模型被訓(xùn)練成將包括多個濾波器類型選擇參數(shù)和/或濾波器設(shè)置的濾
波器參數(shù)與所提供的輸入數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。輸入數(shù)據(jù)可以包括原始傳感器數(shù)據(jù)(實際時間步長的)，或，在其上推導(dǎo)出的傳感器數(shù)據(jù)，例如補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)(用于減少未對準(zhǔn)誤差和傳感器數(shù)據(jù)失配的補(bǔ)償?shù)脑紓鞲衅鲾?shù)據(jù)，例如縮放和偏移，和/或推導(dǎo)出/計算的角度/傾斜信息)和/或延遲的(歷史的)(原始和/或補(bǔ)償?shù)?傳感器數(shù)據(jù)(一個或多個過去的時間步長)，以及可選的操作參數(shù)，例如IMU溫度、環(huán)境壓力、機(jī)械應(yīng)力、磁場或電磁場指標(biāo)。
[0020]在使用延時傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)的情況下，IMU操作的運(yùn)動動態(tài)可以反映在濾波單元的濾波器類型選擇和濾波器設(shè)置中。
[0021]根據(jù)另一方面，提供了一種用于訓(xùn)練濾波器參數(shù)模型的訓(xùn)練方法，特別是應(yīng)用于上述慣性測量單元的濾波器參數(shù)單元中，其中使用多個訓(xùn)練數(shù)據(jù)項目來訓(xùn)練濾波器參數(shù)模型，其中每一個訓(xùn)練數(shù)據(jù)項目與輸入數(shù)據(jù)項目相關(guān)聯(lián)到根據(jù)運(yùn)動軌跡的預(yù)設(shè)的運(yùn)動的期望輸出傳感器數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)項目包括至少一個原始傳感器數(shù)據(jù)項目，其中通過根據(jù)運(yùn)動軌跡移動慣性測量單元并記錄原始傳感器數(shù)據(jù)來獲得原始傳感本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.慣性測量單元(1)，其特征在于，用于根據(jù)施加在所述慣性測量單元(1)上的力或運(yùn)動來提供輸出傳感器數(shù)據(jù)，包括：傳感器單元(2)，包括一個或多個傳感器元件(21)，其被配置成檢測運(yùn)動并根據(jù)所述檢測到的運(yùn)動提供傳感器數(shù)據(jù)；濾波單元(4)，包括一個或多個濾波器元件(41a，41b)，其中所述濾波單元(4)被配置成根據(jù)多個濾波器參數(shù)在所述傳感器數(shù)據(jù)應(yīng)用于一個或多個濾波器元件(41a，41b)；濾波器參數(shù)單元(5)，包括數(shù)據(jù)驅(qū)動的濾波器參數(shù)模型，其被配置成提供給所述濾波單元(4)多個濾波器參數(shù)，以響應(yīng)于從所述多個傳感器元件(21)獲得的所述傳感器數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，其中所述傳感器單元(2)還包括一個或多個操作傳感器元件(22)，所述操作傳感器元件特別包括溫度傳感器、環(huán)境壓力傳感器、機(jī)械應(yīng)力傳感器、磁場傳感器和電磁場傳感器中的至少一個，其中所述一個或多個操作傳感器元件(22)提供至少一個操作參數(shù)；其中所述濾波器參數(shù)單元(5)被配置成接收所述至少一個操作參數(shù)，并根據(jù)所述至少一個操作參數(shù)提供多個濾波器參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，其中所述濾波單元(4)包括作為多個濾波器元件的互補(bǔ)式濾波器(41a)和卡爾曼濾波器(41b)中的至少一個。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，其中所述濾波單元(4)在連續(xù)的多個時間步長中連續(xù)地操作。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，應(yīng)用在所述濾波器參數(shù)單元(5)上的所述傳感器數(shù)據(jù)包括一個或多個傳感器元件(21)中的每一個的傳感器數(shù)據(jù)的多個實際值和所述傳感器數(shù)據(jù)的至少一個延遲值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，其中所述多個濾波器參數(shù)包括多個濾波器類型選擇參數(shù)(S)，其用于選擇所述濾波單元(4)的多個濾波器元件(41a，41b)中的一個，使得只有所選的濾波器元件(41a，41b)提供所述輸出傳感器數(shù)據(jù)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，其中每一個所述濾波器元件(41a，41b)的所述多個濾波器參數(shù)是預(yù)設(shè)的。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性測量單元(1)，其特征在于，其中所述多個濾波器參數(shù)包括用于提供分類向量(CL)的多...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：阿希姆，
申請(專利權(quán))人：倍加福歐洲股份公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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