CN113607187B - 信息融合姿态解算方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的信息融合姿态解算方法、装置和计算机设备，首先采集MEMS传感器的信号数据；然后根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。通过根据信号数据和观测数据得到传感器系统误差，然后根据传感器系统误差得到调节系统误差，然后对陀螺仪角速度修正，能够明显提高最终输出的姿态角数据的准确性。

Description

信息融合姿态解算方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种单电感双路输出开关充电电路、其控制方法和耳机设备。
背景技术
随着科学技术的发展，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)传感器技术的成熟与发展，基于MEMS传感器的微惯性测量系统在当今时代是理论和技术研究以及工程应用的热点，MEMS传感器应用越来越广泛，它是指集机械元素、微型传感器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS惯性传感器可构成低成本的INS/GPS组合导航系统，是一类非常适合构建微型捷联惯性导航系统的惯性传感器。MEMS惯性传感器的突出特点体积小、性价比高、启动快等优点，被广泛应用于军事、医疗、汽车、无人机、水下机器人等领域，然而MEMS传感器制作工艺较为粗糙，易受到外界干扰环境的影响，在进行数据采集时，会产生较大误差，导致采集数据精度低及稳定性差，因此最终得到的姿态角数据准确性差。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种信息融合姿态解算方法、装置和计算机设备。
本申请实施例提供一种信息融合姿态解算方法，包括：
采集MEMS传感器的信号数据；
根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。
在其中一个实施例中，所述采集MEMS传感器的信号数据中，所述信号数据包括三轴加速度计采集的第一数据，三轴磁力计采集的第二数据，以三轴陀螺仪采集的第三数据。
在其中一个实施例中，所述根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差包括：
将所述信号数据与所述观测数据做叉乘得到所述传感器系统误差。
在其中一个实施例中，所述根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度中，所述调节系统误差通过互补滤波对所述陀螺仪角速度修正。
在其中一个实施例中，所述根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据包括：
根据矫正陀螺仪角速度，利用四元数微分方程求解得到所述姿态角对数据。
在其中一个实施例中，在所述采集MEMS传感器的信号数据之后还包括：
对所述三轴加速度计采集的第一数据进行低通滤波处理；
对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理；
对所述三轴陀螺仪采集的第三数据进行低通滤波处理。
在其中一个实施例中，对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理之后还包括对所述第二数据通过椭圆补偿法进行补偿的步骤。
本申请实施例还提供一种信息融合姿态解算装置，包括：
采集模块，用于采集MEMS传感器的信号数据；
误差计算模块，用于根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
调节模块，用于将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
修正模块，用于根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
计算模块，用于根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
所述信息融合姿态解算装置首先采集MEMS传感器的信号数据；然后根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。通过根据信号数据和观测数据得到传感器系统误差，然后根据传感器系统误差得到调节系统误差，然后对陀螺仪角速度修正，能够明显提高最终输出的姿态角数据的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的信息融合姿态解算方法流程图。
图2为本申请实施例提供的信息融合姿态解算方法模块流程图。
图3为本申请实施例提供的计算机示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参见图1-2本申请实施例提供一种信息融合姿态解算方法，其特征在于，包括：
S10，采集MEMS传感器的信号数据；
S20，根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
S30，将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
S40，根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
S50，根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。
所述S10中，所述MEMS传感器的信号数据包括三轴加速度计采集的数据、轴磁力采集的数据和三轴陀螺仪采集的数据。
S20中，所述观察数据可以为姿态参考系统中的数据。所述观察数据可以为标准数据。通过所述信号数据和所述姿态参考系统中的数据进行计算可以得到所述传感器系统误差。
所述S30中，对所述传感器系统误差进行PID反馈调节，得到调节系统误差。
所述S40中，根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正。根据修正后的陀螺仪角速度对下次采集的陀螺仪角速度校正，得到矫正陀螺仪角速度。矫正陀螺仪角速度可以作为新的所述信号数据。
所述S50中，根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据，能够明显提高姿态角数据的准确性。
本申请实施例提供的信息融合姿态解算方法，首先采集MEMS传感器的信号数据；然后根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。通过根据信号数据和观测数据得到传感器系统误差，然后根据传感器系统误差得到调节系统误差，然后对陀螺仪角速度修正，能够明显提高最终输出的姿态角数据的准确性。
在其中一个实施例中，所述S10中，所述信号数据包括三轴加速度计采集的第一数据，三轴磁力计采集的第二数据，以三轴陀螺仪采集的第三数据。所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据通过姿态参考系统姿态角计算，可以得到加速度计求解结果、三轴磁力计求解结果和陀螺仪的求解结果。
在其中一个实施例中，所述S20包括将所述信号数据与所述观测数据做叉乘得到所述传感器系统误差。根据加速度计求解结果、三轴磁力计求解结果和陀螺仪的求解结果可以得到所述传感器系统误差。
在其中一个实施例中，所述S40中，所述调节系统误差通过互补滤波对所述陀螺仪角速度修正融合。然后校正下次采集的新数据。
在其中一个实施例中，所述S50包括根据矫正陀螺仪角速度，利用四元数微分方程求解得到所述姿态角对数据。在其中一个实施例中，通过龙格库塔法对角速度进行更新，解算出姿态角数据。
在其中一个实施例中，在所述S10之后还包括对所述三轴加速度计采集的第一数据进行低通滤波处理；对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理；
对所述三轴陀螺仪采集的第三数据进行低通滤波处理。通过低通滤波处理能够提高信噪比。
在其中一个实施例中，对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理之后还包括对所述第二数据通过椭圆补偿法进行补偿的步骤。也就是说在MEMS传感器测量前对传感器进行信号预处理，通过低通滤波器提高信噪比采用椭圆补偿法，对磁力计进行误差补偿。
本申请实施例还提供一种信息融合姿态解算装置，包括：
采集模块，用于采集MEMS传感器的信号数据；
误差计算模块，用于根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
调节模块，用于将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
修正模块，用于根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
计算模块，用于根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。
其中，所述MEMS传感器的信号数据包括三轴加速度计采集的数据、轴磁力采集的数据和三轴陀螺仪采集的数据。
所述误差计算模块进一步包括将所述信号数据与所述观测数据做叉乘得到所述传感器系统误差。
所述修正模块进一步用于使所述调节系统误差通过互补滤波对所述陀螺仪角速度修正。
所述计算模块进一步用于根据矫正陀螺仪角速度，利用四元数微分方程求解得到所述姿态角对数据。
所述采集模块还进一步用于对所述三轴加速度计采集的第一数据进行低通滤波处理；对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理；对所述三轴陀螺仪采集的第三数据进行低通滤波处理。
所述采集模块还用于对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理之后还包括对所述第二数据通过椭圆补偿法进行补偿。
所述信息融合姿态解算装置首先采集MEMS传感器的信号数据；然后根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。通过根据信号数据和观测数据得到传感器系统误差，然后根据传感器系统误差得到调节系统误差，然后对陀螺仪角速度修正，能够明显提高最终输出的姿态角数据的准确性。
关于信息融合姿态解算装置的具体限定可以参见上文中对于信息融合姿态解算方法的限定，在此不再赘述。上述信息融合姿态解算装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请实施例还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S10，采集MEMS传感器的信号数据；
S20，根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
S3O，将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
S40，根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
S50，根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。
在其中一个实施例中，所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现以下步骤：
将所述信号数据与所述观测数据做叉乘得到所述传感器系统误差。
在其中一个实施例中，所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现以下步骤：
所述调节系统误差通过互补滤波对所述陀螺仪角速度修正。
在其中一个实施例中，所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现以下步骤：
根据矫正陀螺仪角速度，利用四元数微分方程求解得到所述姿态角对数据。
在其中一个实施例中，所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现以下步骤：
对所述三轴加速度计采集的第一数据进行低通滤波处理；
对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理；
对所述三轴陀螺仪采集的第三数据进行低通滤波处理。
在其中一个实施例中，所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现以下步骤：
对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理之后还包括对所述第二数据通过椭圆补偿法进行补偿。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以下方法步骤：
S10，采集MEMS传感器的信号数据；
S20，根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
S30，将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
S40，根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
S50，根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。
所述计算机可读存储介质被执行时首先采集MEMS传感器的信号数据；然后根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据。通过根据信号数据和观测数据得到传感器系统误差，然后根据传感器系统误差得到调节系统误差，然后对陀螺仪角速度修正，能够明显提高最终输出的姿态角数据的准确性。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储xxx数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种信息融合姿态解算方法。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的程序和终端等模块，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory，SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种信息融合姿态解算方法，其特征在于，包括：
采集MEMS传感器的信号数据；
根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差；
将所述传感器系统误差通过PID控制器调节得到调节系统误差；
根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度；
根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据;
所述采集MEMS传感器的信号数据中，所述信号数据包括三轴加速度计采集的第一数据，三轴磁力计采集的第二数据，以三轴陀螺仪采集的第三数据; 所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据通过姿态参考系统姿态角计算，得到加速度计求解结果、三轴磁力计求解结果和陀螺仪的求解结果;
所述根据所述信号数据和观测数据得到传感器系统误差包括：
将所述信号数据与所述观测数据做叉乘得到所述传感器系统误差; 根据加速度计求解结果、三轴磁力计求解结果和陀螺仪的求解结果可以得到所述传感器系统误差;
所述根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，并校正下次采集的陀螺仪角速度得到矫正陀螺仪角速度，包括：根据所述调节系统误差对陀螺仪角速度修正，所述调节系统误差通过互补滤波对所述陀螺仪角速度修正，根据修正后的陀螺仪角速度对下次采集的陀螺仪角速度校正，得到矫正陀螺仪角速度，矫正陀螺仪角速度作为新的所述信号数据;
所述根据矫正陀螺仪角速度计算姿态角数据包括：根据矫正陀螺仪角速度，利用四元数微分方程求解得到所述姿态角对数据;
在所述采集MEMS传感器的信号数据之后还包括：
对所述三轴加速度计采集的第一数据进行低通滤波处理；
对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理；
对所述三轴陀螺仪采集的第三数据进行低通滤波处理;
对所述三轴磁力计采集的第二数据进行低通滤波处理之后还包括对所述第二数据通过椭圆补偿法进行补偿的步骤。
2.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述方法的步骤。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1的方法的步骤。
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