CN108180905A - 智能惯导系统的信号预处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种惯性导航传感系统的数据预处理装置及方法。该预处理装置包括校准模块、滤波模块和选择器。校准模块用于对从传感器组件接收的测量数据进行数据校准，滤波模块用于对校准后的数据进行滤波，滤波模块优选可为参数可调的卡尔曼滤波器。选择器基于用户或系统配置从校准模块接收的数据和滤波模块接收的数据中选择一组数据输出给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。本装置可以根据用户对测量数据的精度要求按需选择测量数据所经过的数据预处理路径，实现不同的数据精度要求，为用户提供个性化需求的数据。

Description

智能惯导系统的信号预处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种智能传感器领域，尤其涉及一种智能惯性导航传感系统的信号预处理装置及预处理方法。

背景技术

惯性导航传感系统是一种以测量运动体加速度为基础的定位方法，它不依赖外界信息，只靠自身的惯性测量完成导航，惯性导航系统则是一种利用惯性敏感器件、基准方向及最初位置来确定物体在空间中的位置、方向和速度的自主式导航系统，在虚拟现实、无人驾驶等众多技术领域中承担了前端数据检测的重要任务，其数据的准确性和精度会极大影响控制系统的控制功能，另外由于用户对前端数据的要求多种多样，单一数据输出也不能满足用户多种多样的数据需求。当前的惯性导航传感系统运动检测数据准确度差、精度低，为用户提供的数据不能满足不同用户的多种需求。

发明内容

为解决现有技术中的题，本发明提供一种灵活的惯性导航传感系统的数据预处理装置和方法，根据用户对测量数据的不同要求按需选择测量数据所经过的数据预处理路径，从而数据融合模块可获得经过不同预处理过程的数据，实现不同的数据精度要求，为用户提供个性化需求的数据。

本发明提供一种惯性导航传感系统的数据预处理装置。该预处理装置包括校准模块、滤波模块和选择器。校准模块用于对从传感器组件接收的测量数据进行数据校准，滤波模块用于对校准后的数据进行滤波，滤波模块优选可为参数可调的卡尔曼滤波器。选择器基于用户或系统配置从校准模块接收的数据和滤波模块接收的数据中选择一组数据输出给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。

优选的，校准模块、滤波模块和选择器可在处理器中实现

优选的，传感器组件包括加速度传感器、角速度传感器和磁力传感器。三路传感器将测量的数据分别传送给包生成器和校准模块。包生成器按照预定协议格式将传感器输出的测量数据进行打包。校准模块接收到传感器组件传送的测量数据后对三路数据分别进行校准，校准后的三路测量数据分别传送到选择器和滤波模块。滤波模块对校准后的三路数据分别进行滤波，滤波后送入选择器。选择器根据用户或系统配置从校准模块和滤波模块输入的两组数据中选择一组，选择器可以选择校准模块输出三路数据将其传送给数据融合模块，也可以选择滤波模块输出的三路数据将其传送给数据融合模块。滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。选择器输出哪一组数据可基于用户或系统配置。

本发明提供又一种惯性导航传感系统的数据预处理装置。该预处理装置包括第一校准模块、第二校准模块、第三校准模块、自动校准模块、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第一选择器、第二选择器、第三选择器、第四选择器、第五选择器、第六选择器。优选的，第一、第二和第三滤波器为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

第一校准模块的输入端和第一选择器的第一输入端连接加速度传感器的输出端，第一校准模块的输出端分别连接第一选择器的第二输入端、第二选择器的第一输入端及第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端分别连接第一选择器的第三输入端和第二选择器的第二输入端。第一选择器的输出端连接包生成器，第二选择器的输出端连接引擎内核模块。加速度传感器将检测到的数据传送给第一校准模块和第一选择器，第一校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第一滤波器和第二选择器，第一滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第一选择器和第二选择器。根据用户或系统配置，第一选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第二选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

第二校准模块的第一输入端和第三选择器的第一输入端连接角速度传感器的输出端，第二校准模块的输出端分别连接第三选择器的第二输入端、第四选择器的第一输入端、第二滤波器的第一输入端及自动校准模块的输入端，自动校准模块的输出端连接第二校准模块的第二输入端。第二滤波器的输出端分别连接第三选择器的第三输入端和第四选择器的第二输入端。第三选择器的输出端连接包生成器，第四选择器输出端连接引擎内核模块。角速度传感器将检测到的数据传送给第二校准模块和第三选择器，第二校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第二滤波器、第三选择器、第四选择器和自动校准模块，自动校准模块将输入的数据进行校准后送入第二校准模块，第二滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第三选择器和第四选择器。根据用户或系统配置，第三选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第四选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

第三校准模块的输入端和第五选择器的第一输入端连接磁力传感器的输出端，第三校准模块的输出端分别连接第五选择器的第二输入端、第六选择器的第一输入端及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端分别连接第五选择器的第三输入端和第六选择器的第二输入端。第五选择器的输出端连接包生成器，第六选择器连接的输出端连接引擎内核模块。磁力传感器将检测到的数据传送给第三校准模块和第五选择器，第三校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第三滤波器和第六选择器，第三滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第五选择器和第六选择器。根据用户或系统配置，第五选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第六选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

本发明提供一种惯性导航传感系统的数据预处理方法。该预处理方法包括：

(1)校准模块对从传感器组件接收测量数据，对接收的测量数据进行数据校准，将校准后的数据分别送入滤波模块和选择器；(2)滤波模块接收校准模块传送的数据，对校准后的数据进行滤波，将滤波后的数据传送给选择器；步骤(3)选择器分别接收校准模块和滤波模块传送的数据，根据用户或系统配置，选择其中一组数据将其传送给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。

优选的，传感器组件包括加速度传感器、角速度传感器和磁力传感器。滤波模块可为卡尔曼滤波器，其参数可调整。

本发明提供一种惯性导航传感系统的数据预处理方法，该方法包括：

(1)加速度传感器将检测到的数据传送给第一校准模块和第一选择器，第一校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第一滤波器、第一选择器和第二选择器，第一滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第一选择器和第二选择器，根据用户或系统配置，第一选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第二选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；

(2)角速度传感器将检测到的数据传送给第二校准模块和第三选择器，第二校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第二滤波器、第三选择器、第四选择器和自动校准模块，自动校准模块将输入的数据进行校准后送入第二校准模块，第二滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第三选择器和第四选择器,根据用户或系统配置，第三选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第四选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；

(3)磁力传感器将检测到的数据传送给第三校准模块和第五选择器，第三校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第三滤波器和第六选择器，第三滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第五选择器和第六选择器，根据用户或系统配置，第五选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第六选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

优选的，滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

附图说明

图1本发明提供的数据预处理装置及其数据处理流程的实施例。

图2本发明提供的数据预处理装置及其数据处理流程的又一实施例。

具体实施方式

(一)第一实施例

本实施例提供一种惯性导航传感系统的数据预处理装置。该预处理装置包括校准模块、滤波模块和选择器。校准模块用于对从传感器组件接收的测量数据进行数据校准，滤波模块用于对校准后的数据进行滤波，滤波模块优选可为参数可调的卡尔曼滤波器。选择器用于基于用户或系统配置从校准模块接收的数据和滤波模块接收的数据中选择一组数据传送给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。

优选的，传感器组件包括加速度传感器、角速度传感器和磁力传感器。三路传感器将测量的数据分别传送给包生成器和校准模块。包生成器直接按照预定格式将传感器输出的测量数据进行打包。校准模块接收到传感器组件传送的测量数据后对三路数据分别进行校准，校准后的三路测量数据分别传送到选择器和滤波模块。滤波模块对校准后的三路数据分别进行滤波，滤波后送入选择器。基于用户或系统配置，选择器从校准模块和滤波模块输出的数据中选择一组数据将其传送给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。选择器可以选择校准模块输出三路数据将其传送给数据融合模块，可以选择滤波模块输出的三路数据将其传送给数据融合模块。

滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

(二)第二实施例

本实施例提供一种惯性导航传感系统的数据预处理装置。该预处理装置包括第一校准模块、第二校准模块、第三校准模块、自动校准模块、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第一选择器、第二选择器、第三选择器、第四选择器、第五选择器、第六选择器。优选的，第一、第二和第三滤波器为卡尔曼滤波器。

第一校准模块的输入端和第一选择器的第一输入端连接加速度传感器的输出端，第一校准模块的输出端分别连接第一选择器的第二输入端、第二选择器的第一输入端及第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端分别连接第一选择器的第三输入端和第二选择器的第二输入端。第一选择器的输出端连接包生成器，第二选择器的输出端连接引擎内核模块。加速度传感器将检测到的数据传送给第一校准模块和第一选择器，第一校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第一滤波器、第一选择器和第二选择器，第一滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第一选择器和第二选择器。根据用户或系统配置，第一选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第二选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

第二校准模块的第一输入端和第三选择器的第一输入端连接角速度传感器的输出端，第二校准模块的输出端分别连接第三选择器的第二输入端、第四选择器的第一输入端、第二滤波器的第一输入端及自动校准模块的输入端，自动校准模块的输出端连接第二校准模块的第二输入端。第二滤波器的输出端分别连接第三选择器的第三输入端和第四选择器的第二输入端。第三选择器的输出端连接包生成器，第四选择器输出端连接引擎内核模块。角速度传感器将检测到的数据传送给第二校准模块和第三选择器，第二校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第二滤波器、第三选择器、第四选择器和自动校准模块，自动校准模块将输入的数据进行校准后送入第二校准模块，第二滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第三选择器和第四选择器。根据用户或系统配置，第三选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第四选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

第三校准模块的输入端和第五选择器的第一输入端连接磁力传感器的输出端，第三校准模块的输出端分别连接第五选择器的第二输入端、第六选择器的第一输入端及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端分别连接第五选择器的第三输入端和第六选择器的第二输入端。第五选择器的输出端连接包生成器，第六选择器连接的输出端连接引擎内核模块。磁力传感器将检测到的数据传送给第三校准模块和第五选择器，第三校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第三滤波器、第五选择器和第六选择器，第三滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第五选择器和第六选择器。根据用户或系统配置，第五选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第六选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

(三)第三实施例

本实施例提供在第一实施例所示的惯性导航传感系统中的数据预处理方法。该预处理方法包括：校准模块从传感器组件接收测量数据，对接收的测量数据进行数据校准，将校准后的数据分别送入滤波模块和选择器；滤波模块接收校准模块传送的数据，对校准后的数据进行滤波，将滤波后的数据传送给选择器；选择器分别接收校准模块和滤波模块传送的数据，基于用户或系统配置，选择其中一组数据将其传送给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。

优选的，传感器组件包括加速度传感器、角速度传感器和磁力传感器。滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

(四)第四实施例

本实施例提供在第二实施例所示的一种惯性导航传感系统中的数据预处理方法。该方法包括：(1)加速度传感器将检测到的数据传送给第一校准模块和第一选择器，第一校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第一滤波器、第一选择器和第二选择器，第一滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第一选择器和第二选择器，根据用户或系统配置，第一选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第二选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；(2)角速度传感器将检测到的数据传送给第二校准模块和第三选择器，第二校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第二滤波器、第三选择器、第四选择器和自动校准模块，自动校准模块将输入的数据进行校准后送入第二校准模块，第二滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第三选择器和第四选择器,根据用户或系统配置，第三选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第四选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；(3)磁力传感器将检测到的数据传送给第三校准模块和第五选择器，第三校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第三滤波器、第五选择器和第六选择器，第三滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第五选择器和第六选择器，根据用户或系统配置，第五选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第六选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

优选的，滤波模块可为卡尔曼滤波器，其Q、R参数可调整。

本发明实施例中的预处理装置可由处理器实现，处理器可以是通用处理器，例如但不限于，中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，也可以是专用处理器，例如但不限于，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)和现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)等。此外，处理器还可以是多个处理器的组合。特别的，在本发明实施例提供的技术方案中，实施例三和实施例四中的预处理方法可由处理器执行。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能惯性导航传感系统的数据预处理装置，该预处理装置包括校准模块、滤波模块和选择器，校准模块用于对从传感器组件接收的测量数据进行数据校准，滤波模块用于对校准后的数据进行滤波，选择器用于基于用户或系统配置从校准模块接收的数据和滤波模块接收的数据中选择一组数据输出给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。

2.一种智能惯性导航传感系统的数据预处理装置，该预处理装置包括第一校准模块、第二校准模块、第三校准模块、自动校准模块、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第一选择器、第二选择器、第三选择器、第四选择器、第五选择器、第六选择器，其中第一校准模块的输入端和第一选择器的第一输入端连接加速度传感器的输出端，第一校准模块的输出端分别连接第一选择器的第二输入端、第二选择器的第一输入端及第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端分别连接第一选择器的第三输入端和第二选择器的第二输入端，第一选择器的输出端连接包生成器，第二选择器的输出端连接引擎内核模块；第二校准模块的第一输入端和第三选择器的第一输入端连接角速度传感器的输出端，第二校准模块的输出端分别连接第三选择器的第二输入端、第四选择器的第一输入端、第二滤波器的第一输入端及自动校准模块的输入端，自动校准模块的输出端连接第二校准模块的第二输入端，第二滤波器的输出端分别连接第三选择器的第三输入端和第四选择器的第二输入端，第三选择器的输出端连接包生成器，第四选择器输出端连接引擎内核模块；第三校准模块的输入端和第五选择器的第一输入端连接磁力传感器的输出端，第三校准模块的输出端分别连接第五选择器的第二输入端、第六选择器的第一输入端及第三滤波器的输入端，第三滤波器的输出端分别连接第五选择器的第三输入端和第六选择器的第二输入端，第五选择器的输出端连接包生成器，第六选择器连接的输出端连接引擎内核模块。

3.如权利要求2所述的智能惯性导航传感系统的数据预处理装置，其中加速度传感器将检测到的数据传送给第一校准模块和第一选择器，第一校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第一滤波器、第一选择器和第二选择器，第一滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第一选择器和第二选择器，根据用户或系统配置，第一选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第二选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；其中角速度传感器将检测到的数据传送给第二校准模块和第三选择器，第二校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第二滤波器、第三选择器、第四选择器和自动校准模块，自动校准模块将输入的数据进行校准后送入第二校准模块，第二滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第三选择器和第四选择器，根据用户或系统配置，第三选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第四选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；磁力传感器将检测到的数据传送给第三校准模块和第五选择器，第三校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第三滤波器、第五选择器和第六选择器，第三滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第五选择器和第六选择器，根据用户或系统配置，第五选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第六选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

4.如权利要求1至3任一项所述的智能惯性导航传感系统的数据预处理装置，其中滤波模块为卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器的参数可调整。

5.一种惯性导航传感系统的数据预处理方法，该预处理方法包括：(1)校准模块对从传感器组件接收测量数据，对接收的测量数据进行数据校准，将校准后的数据分别送入滤波模块和选择器；(2)滤波模块接收校准模块传送的数据，对校准后的数据进行滤波，将滤波后的数据传送给选择器；(3)选择器分别接收校准模块和滤波模块传送的数据，基于用户或系统配置，选择其中一组数据将其传送给数据融合模块，通过数据融合模块进行数据融合处理。

6.如权利要求5所述的数据预处理方法，其中传感器组件包括加速度传感器、角速度传感器和磁力传感器；滤波模块为卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器的参数可调整。

7.一种惯性导航传感系统的数据预处理方法，该方法包括：

(1)加速度传感器将检测到的数据传送给第一校准模块和第一选择器，第一校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第一滤波器、第一选择器和第二选择器，第一滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第一选择器和第二选择器，根据用户或系统配置，第一选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第二选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；

(2)角速度传感器将检测到的数据传送给第二校准模块和第三选择器，第二校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第二滤波器、第三选择器、第四选择器和自动校准模块，自动校准模块将输入的数据进行校准后送入第二校准模块，第二滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第三选择器和第四选择器,根据用户或系统配置，第三选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第四选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理；

(3)磁力传感器将检测到的数据传送给第三校准模块和第五选择器，第三校准模块将接收到的数据进行校准后传送给第三滤波器、第五选择器和第六选择器，第三滤波器对接收到的数据进行滤波后传送给第五选择器和第六选择器，根据用户或系统配置，第五选择器对输入的三路信号进行选择，将选择的信号传送给包生成器，第六选择器对输入的两路信号进行选择，将选择的信号传送给数据融合模块进行数据融合处理。

8.如权利要求7所述的惯性导航传感系统的数据预处理方法，滤波模块为卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器的参数可调整。

9.一种计算机存储介质，其存储计算机程序指令，该计算机程序指令用于使得处理器执行权利要求5至8任一项所述的惯性导航传感系统的数据预处理方法。