WO2013029303A1

WO2013029303A1 - 姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置

Info

Publication number: WO2013029303A1
Application number: PCT/CN2011/081625
Authority: WO
Inventors: 龙涛; 刘正东; 龙江; 唐元浩; 严松
Original assignee: 江苏惠通集团有限责任公司
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-03-07
Also published as: CN102306054A; CN102306054B

Abstract

一种姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置。所述姿态感知设备的定位方法包括：获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。本发明的技术方案可以实现姿态感知设备的准确定位以及鼠标指针的精确控制。

Description

姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置本申请要求于 2011 年 8 月 30 日提交中国国家知识产权局、申请号为 201110252933.6、发明名称为"姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置 "的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。技术领域

本发明涉及姿态感知设备及其应用技术领域，特别涉及姿态感知设备及其定位方法和装置、鼠标指针的控制方法和装置。背景技术

目前，计算机鼠标指针的定位大多数都依靠光学传感器或激光传感器来实现，这些传感器都基于物理光学原理，使得传感器需要依靠桌面等平台来实现。但是在很多场合，例如在计算机多媒体教学中，用户想在空中操控鼠标指针或是通过在空中操控鼠标指针来实现多媒体电视播放、网页浏览等应用，仅使用传统的传感器就无法实现，于是空间鼠标应运而生。空间鼠标是一种输入设备，像传统鼠标一样操作屏幕光标（鼠标指针），但却不需要放在任何平面上，在空中晃动就能直接依靠空中运动姿态的感知实现对鼠标指针的控制。要实现空中运动姿态的感知，一般在姿态感知设备（例如空间鼠标）中设置惯性器件，利用惯性器件测量技术实现对运动载体姿态的跟踪。利用惯性器件测量技术进行运动载体姿态的跟踪具有非常广阔的前景。惯性跟踪系统的基本原理是在目标初始位置和姿态已知的基础上，依据惯性原理，利用陀螺仪传感器（以下筒称陀螺仪）、加速度传感器等惯性器件测量物体运动的角速度和直线加速度，然后通过积分获得物体的位置和姿态。其中，陀螺仪基本原理是运用物体高速旋转时，强大的角动量使旋转轴一直稳定指向一个方向的性质，所制造出来的定向仪器。当运动方向与转轴指向不一致时，会产生相应的偏角，再根据偏角与运动的关系，得到目前运动物体的运动轨迹和位置，从而实现定位的功能。而加速度传感器技术是惯性与力的检测综合体，目前在汽车电子和消费电子领域有较多的应用。加速度传感器通过实时采集运动物体加速度信号，通过二阶积分的方式得到运动的轨迹实现定位。另外，在器件处于相对稳定的状态下，可以通过分析传感器件自身重力加速度，得到目前器件的自身姿态。陀螺仪输出角速度，是瞬时量，将角速度对时间积分计算得到的角度变化量与初始角度相加，得到角度，其中积分时间 dt越小，输出角度越准。但是陀螺仪的原理决定其测量基准是自身，没有系统外的绝对参照物，加上 dt不可能无限小，所以积分的累积误差会随时间迅速增加，导致最终输出角度与实际不符。加速度传感器测量的是重力方向，有系统外的绝对参照物 "重力轴" ，在无外力加速度的情况下，能准确地输出角度并且不会有累积误差。但是加速度传感器是用 MEMS技术检测惯性力造成的微小形变，而惯性力本质上就是重力，所以加速度传感器不能区分重力加速度和外力加速度，当系统在三维空间做变速运动时，加速度传感器的输出就不准确了。

相关技术还可参考公开号为WO2005108119(A2) 的国际专利申请，该专利申请公开了一种带有倾斜补偿和提高可用性的自由空间定位设备。由于陀螺仪技术以及加速度传感器技术都存在运动物体姿态与运动状态很难完全体现的不足，因此，如何将陀螺仪技术以及加速度传感器技术有效地结合，从而能实现空间定位的准确性和稳定性是本领域技术人员长期探讨的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种姿态感知设备及其定位方法和装置、鼠标指针的控制方法和装置，结合陀螺仪技术和加速度传感器技术实现空间定位的准确性和稳定性。

为解决上述问题，本发明实施方式提供一种姿态感知设备的定位方法，所述姿态感知设备包括陀螺仪和加速度传感器，所述姿态感知设备的定位方法包括：获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

为解决上述问题，本发明实施方式还提供一种鼠标指针的控制方法，包括：上述的姿态感知设备的定位方法；计算所述姿态感知设备的变化分量 Ad, 其中， M = d _d∞ , Θ为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量；确定所述鼠标指针的位移变化量 As, 其中， = M I、SF *MF、, SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数；基于所述鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。

为解决上述问题，本发明实施方式还提供一种姿态感知设备的定位装置，包括：第一获取单元，适于获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；第二获取单元，适于获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；设置单元，适于基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；处理单元，适于基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

为解决上述问题，本发明实施方式还提供一种鼠标指针的控制装置，包括：上述的姿态感知设备的定位装置；分量变化确定单元，适于计算所述姿态感知设备的分量变化 Ad, 其中， M = d _d∞ , Θ为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量；位移变化确定单元，适于确定所述鼠标指针的位移变化量 As, 其中， = M I、SF *MF、, SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数；指针控制单元，适于基于所述鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。

为解决上述问题，本发明实施方式还提供一种姿态感知设备，包括：陀螺仪、加速度传感器和上述的姿态感知设备的定位装置。

与现有技术相比，上述技术方案基于线加速度对陀螺仪和加速度传感器设置不同的权重，使得陀螺仪的权重和加速度传感器的权重可以随线加速度变化而自适应调整；并且，通过加权处理将陀螺仪的敏感轴的旋转角和加速度传感器的敏感轴的偏转角结合，由此有效地融合了陀螺仪的数据和加速度传感器的数据，实现了姿态感知设备的准确定位和鼠标指针的精确控制。附图说明

图 1是本发明实施方式的姿态感知设备的定位方法的流程图；

图 2是本发明实施方式的三维空间坐标系的示意图；

图 3是本发明实施例 1的姿态感知设备的定位方法的步骤 S3的流程图；图 4是本发明实施例 1的姿态感知设备的定位方法的步骤 S4的流程图；图 5是本发明实施例 1的姿态感知设备的定位装置的结构示意图；图 6是本发明实施例 2的姿态感知设备的定位方法的步骤 S3的流程图；图 7是本发明实施例 2的姿态感知设备的定位方法的步骤 S4的流程图；图 8是本发明实施例 2的姿态感知设备的定位装置的结构示意图；图 9 是本发明实施例的鼠标指针的控制方法在姿态感知设备的定位步骤后的流程图；图 10是本发明实施例的鼠标指针的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明实施方式的姿态感知设备包括陀螺仪和加速度传感器，由于姿态感知设备一般是前端运动最大，因此陀螺仪和加速度传感器可以安装在姿态感知设备中靠近前端的位置，以更好地感应姿态感知设备的运动。要对姿态感知设备实现准确定位，需要融合陀螺仪的数据和加速度传感器的数据，融合通常包括实时融合和长期融合，实时融合每一算法周期执行一次（即每次采样数据后都执行一次），长期融合固定检测周期（例如 256个算法周期）执行一次。

融合可以是互补权重融合，也可以结合互补权重融合和卡尔曼滤波融合。所谓互补权重融合是指对陀螺仪和加速度传感器设置不同的权重，两者的权重之和为 1 , 然后将陀螺仪的数据和加速度传感器的数据进行加权处理。由于在无外力加速度的情况下，加速度传感器能准确地输出角度并且不会有累积误差，也就是说，加速度传感器在静态或低速运动时精度很高；而当姿态感知设备在三维空间做变速运动，特别是高速运动时，由于加速度传感器不能区分重力加速度和外力加速度，其在高速运动时精度就降低了。因此可以基于姿态感知设备的不同运动状态，如静态、低速或高速，对陀螺仪和加速度传感器设置不同的权重，具体地，在静态或低速时，加速度传感器的精度较高，设置加速度传感器的权重大于陀螺仪的权重；在高速时，陀螺仪的精度较高，设置陀螺仪的权重大于加速度传感器的权重。需要说明的是，本发明实施方式是结合陀螺仪和加速度传感器两种惯性器件对姿态感知设备进行定位，因此两者的权重互补，即权重之和为 1 , 但是，如果姿态感知设备还结合其他惯性器件（例如地磁传感器）进行定位，则陀螺仪和加速度传感器的权重之和可以小于 1。

基于上述分析，本发明实施方式提供一种姿态感知设备的定位方法如图 1 所示，包括：

步骤 S1 , 获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；

步骤 S2 , 获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；

步骤 S3 , 基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；

步骤 S4, 基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

如图 2所示，姿态感知设备 AO在三维空间内运动，设三维空间坐标系包括两两垂直的 X轴、 y轴和 z轴，其中， X轴和 y轴平行于地平面， z轴垂直于地平面，陀螺仪可以是单轴陀螺仪、两轴陀螺仪或三轴陀螺仪，加速度传感器可以是单轴重力加速度传感器、两轴重力加速度传感器或三轴重力加速度传感器。姿态感知设备平行于地平面时，陀螺仪的敏感轴与对应的坐标轴重合，加速度传感器的敏感轴与对应的坐标轴重合。

以姿态感知设备包括两个相互垂直的单轴陀螺仪和一个三轴重力加速度传感器为例，姿态感知设备平行于地平面时，其中一个单轴陀螺仪的敏感轴与 X轴重合，记为 X轴陀螺仪；另一个单轴陀螺仪的敏感轴与 z轴重合，记为 z 轴陀螺仪；加速度传感器的三个敏感轴分别与 X轴、 y轴和 z轴重合，分别记为加速度传感器的 X敏感轴、 y敏感轴和 z敏感轴；其中，加速度传感器的 X 敏感轴对应 X轴陀螺仪的敏感轴，加速度传感器的 z敏感轴对应 z轴陀螺仪的敏感轴。

下面即以姿态感知设备包括两个相互垂直的单轴陀螺仪和一个三轴重力加速度传感器，姿态感知设备在所述空间坐标系内运动为例进行详细说明。首先对旋转角、偏转角、倾斜角和姿态角进行定义：

陀螺仪的敏感轴的旋转角是指陀螺仪的敏感轴与其对应的坐标轴的夹角，用 α表示。具体地， X轴陀螺仪的敏感轴的旋转角是指 X轴陀螺仪的敏感轴与 X轴的夹角，记为 α_χ; ζ轴陀螺仪的敏感轴的旋转角是指 ζ轴陀螺仪的敏感轴与 ζ轴的夹角，记为 α_ζ。

加速度传感器的敏感轴的偏转角是指加速度传感器的敏感轴与其对应的坐标轴的夹角，用 β表示。具体地，加速度传感器的 X敏感轴的偏转角是指 X 敏感轴与 X轴的夹角，记为 β_χ; 加速度传感器的 Ζ敏感轴的偏转角是指 Ζ敏感轴与 Ζ轴的夹角，记为 β_ζ。

加速度传感器测量的是敏感轴的倾斜角，加速度传感器的敏感轴的倾斜角是指加速度传感器的敏感轴与重力加速度方向的夹角，实际上也就是加速度传感器的敏感轴与 ζ轴的夹角，用 γ表示，加速度传感器的敏感轴的偏转角通过敏感轴的倾斜角转换得到。具体地，加速度传感器的 X敏感轴的倾斜角是指 X 敏感轴与 ζ轴的夹角，记为 γ_χ; 加速度传感器的 ζ敏感轴的倾斜角是指 ζ敏感轴与 ζ轴的夹角，记为 γ_ζ。

姿态感知设备的姿态角是指姿态感知设备与各坐标轴的夹角，用 Θ表示。具体地，姿态感知设备与 X轴的姿态角是指姿态感知设备与 X轴的夹角，记为 θ_χ; 姿态感知设备与 Ζ轴的姿态角是指姿态感知设备与 Ζ轴的夹角记为 θ_ζ。

上述的夹角均为锐角。

实施例 1

本实施例结合互补权重滤波融合和卡尔曼滤波融合对陀螺仪的敏感轴的旋转角和加速度传感器的敏感轴的偏转角进行融合，获得姿态感知设备的姿态角。

请参考图 1 , 步骤 S1 , 获取陀螺仪的敏感轴的旋转角。陀螺仪输出的是敏感轴的角速度，角速度对时间积分可以得到角度变化量，再与初始角度相加可以得到旋转角，可以用公式表示为： = + 6^ , 其中， α为陀螺仪的敏感轴的旋转角， on为陀螺仪的敏感轴的初始角度 (前一采样时刻确定的旋转角）， ω为陀螺仪的敏感轴的角速度（当前采样时刻获取的角速度）。

具体实施时， X轴陀螺仪的敏感轴的旋转角《_χ = «_χ1 + ，其中，为 X 轴陀螺仪的敏感轴的旋转角， ₁为 X轴陀螺仪的敏感轴的初始角度， 0^为 X 轴陀螺仪的敏感轴的角速度。 ζ轴陀螺仪的敏感轴的旋转角 c _z = c _zl + co_zdt，其中，为 z轴陀螺仪的敏感轴的旋转角， α_ζ1为 z轴陀螺仪的敏感轴的初始角度， ω_ζ 为 ζ轴陀螺仪的敏感轴的角速度。

步骤 S2, 获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴。加速度传感器输出的是各敏感轴的倾斜角，对各敏感轴的倾斜角进行转换后可以得到各敏感轴的偏转角。

具体实施时，加速度传感器的 X敏感轴的偏转角 β_χ=90。-γ_χ , ζ敏感轴的偏转角 β_ζ=γ_ζ , γ_χ为加速度传感器的 X敏感轴的倾斜角， γ_ζ为加速度传感器的 ζ 敏感轴的倾斜角。

加速度传感器还输出各敏感轴的线加速度，可以反映姿态感知设备的不同运动状态，因此可作为设置权重的依据，具体请参见步骤 S3的说明。

步骤 S3 , 基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重。

本实施例中，对陀螺仪的数据（敏感轴的旋转角）和加速度传感器的数据 (敏感轴的偏转角）进行加权前，还需要对陀螺仪的数据和加速度传感器的数据进行滤波（参见步骤 S4 ), 因此，步骤 S3首先建立滤波时间常数与加速度传感器的敏感轴的线加速度的关联，再基于滤波时间常数与第一权重和第二权重存在的关联得到权重值。如图 3所示，本实施例的步骤 S3包括：

步骤 S31 , 设置第一滤波参数 η和第二滤波参数 m, 所述第二滤波参数 m 为所述第一滤波参数 n的 3~5倍，通常为整数倍。第一滤波参数 n和第二滤波参数 m为建立滤波时间常数与加速度传感器的敏感轴的线加速度的关联所需要的参数。所述第一滤波参数 n为经验值，本实施例中，第一滤波参数 n的取值范围为 [3 , 6] , 通常取整数，例如， 3、 4、 5或 6。

步骤 S32, 确定滤波时间常数 τ, 其中，若 K n/m Μ τ = -πι ^ Κϊ + η , 若 Ki>n/m则 τ=0, Ki为所述加速度传感器的合加速度与重力加速度 G的差值，所述加速度传感器的合加速度是指各敏感轴（X敏感轴、 y敏感轴和 z敏感轴）的线加速度的矢量和。加速度传感器除了输出敏感轴的倾斜角，还输出敏感轴的线加速度，线加速度为矢量，有大小和方向，大小通常是以重力加速度 G 的倍数表示，如 1G、 1.2G、 2G、 2.5G等，因此 Ki与重力加速度 G呈倍数关系。滤波时间常数 τ是相对于信号的持续时间而言的，对于低通滤波，允许持续时间大于或等于滤波时间常数 τ的信号通过，而持续时间小于滤波时间常数 τ 的信号则会被滤除（允许低频信号通过，滤除高频信号）；对于高通滤波，允许持续时间小于或等于滤波时间常数 _τ的信号通过，而持续时间大于滤波时间常数 τ的信号则会被滤除（允许高频信号通过，滤除低频信号）。

步骤 S33 , 确定第一权重 a和第二权重 b , 其中， b = ~^ , _a = l—b。滤 τ + dt

波时间常数 τ可以理解为两个权重的比值再乘以采样时间 dt, 即^ = ^ , 当 l - b 滤波时间常数 τ确定后，对应于陀螺仪的第一权重 a和对应于加速度传感器的第二权重 b也可以确定。通过上述步骤建立了第一权重 a、第二权重 b与加速度传感器的合加速度与重力加速度的差值 Ki之间的关联，从而使得第一权重 a、第二权重 b可以随加速度传感器的合加速度与重力加速度的差值 Ki的变化而自适应调整。

具体来说，当 Ki<n/m时， τ>0 , τ随 Ki减小而增大， b随 τ增大而增大， a随 τ增大而减小； Ki=n/m时， τ=0 , a=l , b=0 , 环境外力对姿态感知设备的作用影响了加速度传感器的线加速度变化，当加速度传感器的合加速度与重力加速度的差值 Ki达到上限值 n/m时，说明环境外力的作用太大，加速度传感器的数据的可靠性大大降低，对应陀螺仪的第一权重 a为 1 , 对应加速度传感器的第二权重 b为 0 , 也就是说，不需要结合加速度传感器的数据去修正陀螺仪的数据，而直接将陀螺仪的数据进行后续的定位计算。进一步地，当 Ki>n/m 时，如果根据7 = -»^ ' + «计算得到 τ<0 ,此时再结合加速度传感器的数据去修正陀螺仪的数据也就没有意义，所以当 Ki>n/m时，直接设置 τ=0 , 相应地， a=l , b=0。

在确定滤波时间常数 τ, 以及对应所述陀螺仪的第一权重 a和对应所述加速度传感器的第二权重 b后，如图 4所示，本实施例的步骤 S4 , 基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角包括：步骤 S41 , 基于所述滤波时间常数 τ对所述旋转角进行高通滤波后乘以所述第一权重，得到第一乘积结果；

步骤 S42, 基于所述滤波时间常数 τ对所述偏转角进行低通滤波后乘以所述第二权重，得到第二乘积结果；

步骤 S43 , 对所述第一乘积结果和第二乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态角。

由于低频信号会降低陀螺仪的检测精度，因此需要滤除陀螺仪的数据中的低频信号，即对陀螺仪的敏感轴的旋转角进行高通滤波，滤波后的数据近似为 α; 而高频信号会降低加速度传感器的检测精度，因此需要滤除加速度传感器的数据中的高频信号，即对加速度传感器的敏感轴的偏转角进行低通滤波，滤波后的数据近似为 β; 然后再对滤波后的陀螺仪的数据和加速度传感器的数据进行加权和卡尔曼滤波。卡尔曼滤波已广泛应用于目标跟踪系统中，利用目标的动态信息，去除噪声影响，得到目标位置的准确估计，由于其为本领域所熟知且广泛采用的技术，在此不再展开说明。

在具体实施时，对 X轴陀螺仪的敏感轴的旋转角 α_χ进行高通滤波后再乘以第一权重 a;对加速度传感器的 X敏感轴的偏转角 0 进行低通滤波后再乘以第二权重 b; 将两个相乘的结果输入卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器的输出结果即为姿态感知设备与 X轴的姿态角 θ_χ。对 ζ轴陀螺仪的敏感轴的旋转角进行高通滤波后再乘以第一权重 a;对加速度传感器的 z敏感轴的偏转角 β_ζ进行低通滤波后再乘以第二权重 b; 将两个相乘的结果输入卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器的输出结果即为姿态感知设备与 z轴的姿态角 θ_ζ。由于本实施例的姿态感知设备仅包括两个陀螺仪，因此，确定姿态感知设备的姿态角只需确定姿态感知设备与 X轴的姿态角和与 Ζ轴的姿态角即可，在其他实施例中，还可以包括 y轴陀螺仪，相应地就可以根据 y轴陀螺仪的敏感轴的旋转角和加速度传感器的 y敏感轴的偏转角确定姿态感知设备与 y轴的姿态角。

在其他实施例中，步骤 S4也可以不进行卡尔曼滤波，而是加权后直接累加，即将所述第一乘积结果和第二乘积结果相加，得到所述姿态角，由于对陀螺仪的数据进行高通滤波后近似为 a, 对加速度传感器的数据进行低通滤波后近似为 β , 因此姿态感知设备与 X轴的姿态角 θ_χ和与 ζ轴的姿态角 θ_ζ可以分别表示为： θ_χ α *α_χ + ) *β_χ , 《o*i¾ + b*A。本实施例采用卡尔曼滤波可以进一步提高定位的准确性和稳定性。

确定姿态感知设备的姿态角也就实现了姿态感知设备的定位，即可以用姿态感知设备的姿态角来表示姿态感知设备的位置。进一步，还可以用姿态感知设备在空间坐标系的各坐标轴的分量来表示姿态感知设备的位置，本发明实施例的姿态感知设备的定位方法还可以包括：确定所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcos0, d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量， Θ为姿态角。

本实施例在具体实施时，所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcose包括：姿态感知设备在空间坐标系的 X轴的分量 d_xcos0_x和在空间坐标系的 z轴的分量 d_zcos0_z, d_x为姿态感知设备在空间坐标系的 X轴的初始分量， d_z为姿态感知设备在空间坐标系的 z轴的初始分量，用坐标表示，姿态感知设备从初始位置 ( d_x, d_z )运动到了当前位置 ( d_xcos9_x, d_zcos9_z )。

对应地，本实施例的姿态感知设备的定位装置如图 5所示，包括：第一获取单元 A1 , 适于获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；

第二获取单元 A2,适于获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；

设置单元 A3 , 适于从所述第二获取单元 A2获取所述加速度传感器的敏感轴的线加速度 ,基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；

处理单元 A4, 适于基于所述设置单元 A3设置的第一权重和第二权重，对所述第一获取单元 A1获取的陀螺仪的敏感轴的旋转角和所述第二获取单元 A2获取的加速度传感器的敏感轴的偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

所述设置单元 A3进一步包括：

滤波参数设置单元 A31 ,适于设置第一滤波参数 n和第二滤波参数 m, 所述第一滤波参数 n的取值范围为 [3 , 6] , 所述第二滤波参数 m为所述第一滤波参数 n的 3-5倍；

时间常数确定单元 A32 , 适于从所述第二获取单元 A2获取所述加速度传感器的敏感轴的线加速度，从所述滤波参数设置单元 A31获取第一滤波参数 n 和第二滤波参数 m, 确定滤波时间常数 τ, 其中，若 Ki n/m则 T =—m ^ Κί + η ·> 若 Ki〉n/m则 τ=0, Ki为所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和与重力加速度的差值；

权重确定单元 A33 , 适于从所述时间常数确定单元 A32获取滤波时间常数 τ, 基于所述滤波时间常数 τ确定所述第一权重 a和第二权重 b, 其中， b = ~ - ~ , a = i _b。

τ + dt

所述处理单元 A4进一步包括：

高通滤波器 A41 ,适于对所述第一获取单元 A1获取的陀螺仪的敏感轴的旋转角进行高通滤波，所述高通滤波器的滤波时间常数从时间常数确定单元 A32获取；

第一乘法器 A42, 适于将所述高通滤波器 A41的输出结果乘以所述权重确定单元 A33确定的第一权重，得到第一乘积结果；

低通滤波器 A43 , 适于对所述第二获取单元 A2获取的加速度传感器的偏转角进行低通滤波，所述低通滤波器的滤波时间常数从时间常数确定单元 A32 获取；

第二乘法器 A44, 适于将所述低通滤波器 A43 的输出结果乘以所述权重确定单元 A33确定的第二权重，得到第二乘积结果；

卡尔曼滤波器 A45 , 适于对所述第一乘法器 A42输出的第一乘积结果和第二乘法器 A44输出的第二乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态感知设备的姿态角。

在其他实施例中，也可以利用加法器替代所述卡尔曼滤波器 A45 , 所述加法器适于将所述第一乘积结果和第二乘积结果相加，得到所述姿态角。

此外，本实施例的姿态感知设备的定位装置还可以包括分量确定单元（图中未示 ), 所述分量确定单元适于确定所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcosB, 其中， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量， Θ为姿态角。

实施例 2

本实施例的步骤 S1和 S2与实施例 1相同，下面对步骤 S3和 S4进行详细说明。

本实施例的步骤 S4与实施例 1的步骤 S4的区别是对陀螺仪的数据和加速度传感器的数据直接加权，在加权前不进行滤波，因此，本实施例的步骤 S3 可以不设置滤波参数，而直接将加速度传感器测得的线加速度转换成线速度，基于所述线速度在一定范围内设置相对固定的第一权重和第二权重，第一权重和第二权重之和为 1 , 具体地，请参考图 6, 步骤 S3包括：

步骤 S31，，将所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和对时间积分得到线速度。求所述加速度传感器的 X敏感轴、 y敏感轴和 z敏感轴的线加速度的矢量和，求得的矢量和对时间积分可以得到线速度。

步骤 S32，，判断所述线速度是否小于预设值，若是则执行步骤 S33，，若否则执行 S34'。

步骤 S33，，设置所述第一权重小于所述第二权重。在静态或低速运动状态，线速度小于预设值，加速度传感器的精度高于陀螺仪的精度，所以设置对应于加速度传感器的第二权重大于对应于陀螺仪的第一权重。

步骤 S34，，设置所述第一权重大于所述第二权重。在高速运动状态，线速度大于或等于所述预设值，陀螺仪的精度高于加速度传感器的精度，所以设置对应于陀螺仪的第一权重大于对应于加速度传感器的第二权重。

所述预设值为根据实际情况而预先设定的经验值，本实施例中，所述预设值的取值范围可以为 [0.4, 0.6] , 单位为米 /秒，例如，所述预设值为 0.5m/s, 若所述线速度小于所述预设值，则所述第一权重的取值范围可以为 [0, 2/5] , 例如设置第一权重为 1/3 , 则第二权重为 2/3 ; 或者，设置第一权重为 2/5 , 则第二权重为 3/5; 如果线速度很小或为 0 , 可以将第一权重设为 0, 第二权重设为 1。若所述线速度大于或等于所述预设值，则所述第一权重的取值范围可以为 [3/5 , 1] , 一般在线速度增大时，加速度传感器的数据的可靠性降低，应用加速度传感器的数据修正陀螺仪的数据意义不大，可以设置第一权重为 1 , 则第二权重为 0。

在其他实施例中，也可以预先设置两个预设值，如第一预设值和第二预设值，所述第二预设值大于所述第一预设值，当所述线速度小于所述第一预设值，例如 0.3m/s时，设置第一权重小于第二权重，例如，设置第一权重为 1/3 , 第二权重为 2/3 ; 当所述线速度大于所述第二预设值，例如 0.6m/s时，设置第一权重为 1 , 第二权重为 0; 否则设置第一权重大于第二权重，例如设置第一权重为 2/3 , 第二权重为 1/3。也就是说，随着线速度增加，逐渐减小加速度传感器的权重，增加陀螺仪的权重。

请继续参考图 7 , 本实施例的步骤 S4包括：步骤 S41，，将所述旋转角乘以所述第一权重，得到第三乘积结果；步骤 S42，，将所述偏转角乘以所述第二权重，得到第四乘积结果；步骤 S43，，对所述第三乘积结果和第四乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态角。

步骤 S4与实施例 1的步骤 S4的区别在于：将陀螺仪的敏感轴的旋转角直接乘以第一权重，加权前不进行高通滤波；将加速度传感器的敏感轴的偏转角直接乘以第二权重，加权前不进行低通滤波。此外，步骤 S4所应用的第一权重和第二权重可以是本实施例的步骤 S3所设置的第一权重和第二权重，也可以是实施例 1的步骤 S3所设置的第一权重和第二权重。

在其他实施例中，步骤 S4也可以不进行卡尔曼滤波，而是加权后直接累加，即将所述第三乘积结果和第四乘积结果相加，得到所述姿态角，具体地，姿态感知设备与 X轴的姿态角 θ_χ和与 ζ 轴的姿态角 θ_ζ可以分别表示为： θ_χ = _α *α_χ +1^β_χ , θ_ζ = α *α_ζ + 1) *β_ζ 。本实施例采用卡尔曼滤波可以提高定位的准确性和稳定性。

进一步，本实施例的姿态感知设备的定位方法还可以包括：确定所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcos0, d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量， Θ为姿态角。

对应地，本实施例的姿态感知设备的定位装置如图 8所示，包括：第一获取单元 B1 , 适于获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；

第二获取单元 B2,适于获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；

设置单元 B3 ,适于基于所述第二获取单元 B2获取的所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；

处理单元 B4,适于基于所述设置单元 B3设置的第一权重和第二权重，对所述第一获取单元 B1 获取的陀螺仪的敏感轴的旋转角和所述第二获取单元 B2获取的加速度传感器的敏感轴的偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

所述设置单元 B3进一步包括：

线速度计算单元 B31 ,适于将所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和对时间积分得到线速度，所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度从所述第二获取单元 B2获取；

判断单元 B32,适于判断所述线速度计算单元 B31得到的所述线速度是否小于预设值；

权重设置单元 B33 ,适于在所述判断单元 B32的判断结果为是时设置所述第一权重小于所述第二权重；在所述判断单元 B32 的判断结果为否时设置所述第一权重大于所述第二权重。

在其他实施例中，所述设置单元可以包括：

线速度计算单元，适于将所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和对时间积分得到线速度，所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度从所述第二获取单元获取；

第一判断单元，适于判断所述线速度计算单元得到的线速度是否小于第一预设值；

第二判断单元，适于判断所述线速度计算单元得到的线速度是否大于第二预设值，所述第二预设值大于所述第一预设值，第二判断单元可以在所述第一判断单元的判断结果为否时判断所述线速度是否大于第二预设值；

权重设置单元，适于在所述第一判断单元的判断结果为是时设置第一权重小于第二权重；在所述第二判断单元的判断结果为是时设置第一权重为 1 , 第二权重为 0; 否则设置第一权重大于第二权重。

所述处理单元 B4进一步包括：

第三乘法器 B41 , 适于将所述第一获取单元 B1获取的陀螺仪的敏感轴的旋转角乘以所述权重设置单元 B33设置的第一权重，得到第三乘积结果；第四乘法器 B42 , 适于将所述第二获取单元 B2获取的加速度传感器的敏感轴的偏转角乘以所述权重设置单元 B33设置的第二权重，得到第四乘积结果；

卡尔曼滤波器 B43 ,适于对所述第三乘法器 B41输出的第三乘积结果和所述第四乘法器 B42输出的第四乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态感知设备的姿态角。

在其他实施例中，也可以利用加法器替代所述卡尔曼滤波器 B43 , 所述加法器适于将所述第三乘积结果和第四乘积结果相加，得到所述姿态角。此外，本实施例的姿态感知设备的定位装置还可以包括分量确定单元（图中未示 ), 所述分量确定单元适于确定所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcosB, d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量， Θ为姿态角。

上述姿态感知设备可以作为空间鼠标，用于控制屏幕上鼠标指针的移动。本发明实施例还提供一种鼠标指针的控制方法，包括：上述的姿态感知设备的定位方法，如图 9所示，还包括：

步骤 S5 , 计算所述姿态感知设备的变化分量 Ad, 其中， M = d _d d Θ 为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量；

步骤 S6, 确定所述鼠标指针的位移变化量 As, 其中， _S = M I、SF *MF、, SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数；

步骤 S7 , 基于所述鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。具体实施时，步骤 S5所述的姿态感知设备的变化分量 Ad包括：姿态感知设备在 X轴的变化分量 ΔΑ和在 z轴的变化分量 ΔΒ , 其中， M = A - A cos ， A为姿态感知设备在 X轴的初始分量； Δβ = β _ β cos ， B为姿态感知设备在 z 轴的初始分量。步骤 S5确定了姿态感知设备在 X轴和 z轴所确定的二维空间，从第一位置运动到第二位置的变化，其中，第一位置可以用坐标（A, B )表示， A为第一位置在 X轴的分量， B为第一位置在 z轴的分量；第二位置可以用坐标（Acos0_x, Bcos9_z ), Acos0_x为第二位置在 x轴的分量，：^080₂为第二位置在 Z轴的分量。

将姿态感知设备的空间运动映射到屏幕上鼠标指针的运动，以相互垂直的

X轴（对应 X轴）和 Y轴（对应 z轴 )确定的屏幕为例，步骤 S6所述的鼠标指针的位移变化量 As包括：鼠标指针在 X轴的位移变化量 ΔΧ和在 Y轴的位移变化量 ΔΥ。

步骤 S6 的具体实施可以包括：确定所述鼠标指针在 X轴的位移变化量 ΔΧ, 其中， AX = / (^F_x *MF) , SF_X为 x轴陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数；确定所述鼠标指针在 Y 轴的位移变化量 ΔΥ , 其中， ΔΥ = ΔΒ / (SF_z *MF) , SF_Z为 ζ轴陀螺仪的灵敏度系数，所述 Υ轴垂直于所述 X 轴。步骤 S7的具体实施可以包括：基于所述鼠标指针在 X轴的位移变化量 ΔΧ 和在 Υ轴的位移变化量 ΔΥ控制所述鼠标指针的移动，将鼠标指针从第三位置移动到第四位置，若鼠标在第三位置的坐标为（XI , Y1 ), 则鼠标在第四位置的坐标为（Xl+ΔΧ, Υ1+ΔΥ )。其中，陀螺仪的灵敏度系数和鼠标的灵敏度系数是根据实际需求和运行环境，例如准确度要求、屏幕大小和分辨率等而设定和调整，此为本领域技术人员所公知，在此不再展开说明。

需要说明的是，如果在姿态感知设备中安装三个相互垂直的陀螺仪，也可以基于上述方法实现以姿态感知设备在三维空间的运动控制鼠标指针在二维 /三维空间的移动。

对应地，本发明实施例的鼠标指针的控制装置如图 10所示，包括：姿态感知设备的定位装置 C1 , 其具体结构可以如图 5所示，也可以如图 8所示；

分量变化确定单元 C2,适于计算所述姿态感知设备的分量变化 Ad,其中，

Ad = d - d cos e , Θ为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量，所述姿态角从所述姿态感知设备的定位装置 C1获取；

位移变化确定单元 C3 , 适于确定所述鼠标指针的位移变化量 As, 其中，

As = Ad / (SF ^MF) , SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数， Ad为所述分量变化确定单元 C2计算得到的所述姿态感知设备的分量变化；

指针控制单元 C4,适于基于所述位移变化确定单元 C3确定的鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。上述鼠标指针的控制装置可以全部或部分集成在姿态感知设备中，姿态感知设备通过无线收发装置（例如射频收发器、红外收发器等）与控制鼠标指针的控制设备（例如投影仪、计算机等）传送信息，无线收发器通过 USB接口与控制设备连接。

在本发明一个实施例中，姿态感知设备包括： X轴陀螺仪、 z轴陀螺仪、三轴重力加速度传感器和上述的定位装置 Cl。姿态感知设备通过无线收发装置向控制设备发送姿态感知设备的姿态角信息。上述的分量变化确定单元 C2、位移变化确定单元 C3和指针控制单元 C4可以集成在控制设备中。

在本发明的另一个实施例中，姿态感知设备包括： X轴陀螺仪、 z轴陀螺仪、三轴重力加速度传感器、上述的定位装置 C1和分量变化确定单元 C2。姿态感知设备通过无线收发装置向控制设备发送姿态感知设备的分量变化信息。上述的位移变化确定单元 C3和指针控制单元 C4可以集成在控制设备中。在本发明的又一个实施例中，姿态感知设备包括： X轴陀螺仪、 z轴陀螺仪、三轴重力加速度传感器、上述的定位装置 Cl、分量变化确定单元 C2和位移变化确定单元 C3。空间鼠标通过无线收发装置向控制设备发送鼠标指针的位移变化量信息。上述的指针控制单元 C4可以集成在控制设备中。

在本发明的再一个实施例中，姿态感知设备包括： X轴陀螺仪、 z轴陀螺仪、三轴重力加速度传感器和上述的鼠标指针的控制装置。姿态感知设备通过无线收发装置向控制设备发送鼠标指针的位置信息。

综上所述，上述技术方案具有以下优点：

基于线加速度对陀螺仪和加速度传感器设置不同的权重，使得陀螺仪的权重和加速度传感器的权重可以随线加速度变化而自适应调整；并且，通过加权处理将陀螺仪的敏感轴的旋转角和加速度传感器的敏感轴的偏转角结合，由此有效地融合了陀螺仪的数据和加速度传感器的数据，实现了姿态感知设备的准确定位和鼠标指针的精确控制。

通过建立加速度传感器的合加速度与重力加速度的差值与陀螺仪的权重和加速度传感器的权重的关联，使得陀螺仪的权重和加速度传感器的权重可以随加速度传感器的合加速度与重力加速度的差值的变化而自适应调整。

在对陀螺仪的数据加权前进行高通滤波，在对加速度传感器的数据进行加权前进行低通滤波，以滤除影响精度的信号，从而提高了姿态感知设备定位的准确性和稳定性，以及鼠标指针控制的精确度。

在对陀螺仪的数据和加速度传感器的数据加权后通过卡尔曼滤波使得融合后的数据更为准确和稳定，进一步提高了姿态感知设备定位的准确性和稳定性，以及鼠标指针控制的精确度。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

权利要求

1.一种姿态感知设备的定位方法，所述姿态感知设备包括陀螺仪和加速度传感器，其特征在于，包括：

获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；

获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；

基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；

基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

2.如权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重包括：设置第一滤波参数 n和第二滤波参数 m, 所述第二滤波参数 m为所述第一滤波参数 n的 3~5倍；

确定滤波时间常数 τ,其中，若 Ki n/m贝' J r = _m * ¾ + w ,若 Ki>n/m则 τ=0 , Ki 为所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和与重力加速度的差值；

确定所述第一权重 a和第二权重 b , 其中， b = ~^ , fl = l -b。

τ + dt

3.如权利要求 2所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述第一滤波参数 n的取值范围为 [3 , 6]。

4.如权利要求 2所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角包括：

基于所述滤波时间常数对所述旋转角进行高通滤波后乘以所述第一权重，得到第一乘积结果；

基于所述滤波时间常数对所述偏转角进行低通滤波后乘以所述第二权重，得到第二乘积结果；

将所述第一乘积结果和第二乘积结果相加，得到所述姿态角。

5.如权利要求 2所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角包括：

对所述第一乘积结果和第二乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态角。

6.如权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，所述第一权重和第二权重之和为 1 ; 基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重包括：

将所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和对时间积分得到线速度；

若所述线速度小于预设值则设置所述第一权重小于所述第二权重；若所述线速度大于或等于预设值则设置所述第一权重大于所述第二权重。

7.如权利要求 6所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述预设值为 0.5米 /秒，

若所述线速度小于所述预设值则设置所述第一权重为 1/3或 2/5;

若所述线速度大于或等于所述预设值则设置所述第一权重为 1。

8.如权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，所述第一权重和第二权重之和为 1 ; 基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重包括：

若所述线速度小于第一预设值则设置所述第一权重小于所述第二权重；若所述线速度大于第二预设值则设置所述第一权重为 1 ; 否则设置所述第一权重大于所述第二权重。

9.如权利要求 8所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述第一预设值为 0.3米 /秒，所述第二预设值为 0.6米 /秒；

若所述线速度小于所述第一预设值则设置所述第一权重为 1/3;

若所述线速度大于所述第二预设值则设置所述第一权重为 1 ;

否则设置所述第一权重为 2/3。

10. 如权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角包括：

将所述旋转角乘以所述第一权重，得到第三乘积结果；

将所述偏转角乘以所述第二权重，得到第四乘积结果；

将所述第三乘积结果和第四乘积结果相加，得到所述姿态角。

11. 如权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角包括：

将所述旋转角乘以所述第一权重，得到第三乘积结果；

将所述偏转角乘以所述第二权重，得到第四乘积结果；

对所述第三乘积结果和第四乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态角。

12. 如权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，还包括：确定所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcos0, d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量， Θ为姿态角。

13. 一种鼠标指针的控制方法，其特征在于，包括：

权利要求 1所述的姿态感知设备的定位方法；

计算所述姿态感知设备的变化分量 Ad,其中， M = d _d∞se , Θ为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量；

确定所述鼠标指针的位移变化量 As, 其中， s = M I、SF *MF、, SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数；

基于所述鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。

14. 一种姿态感知设备的定位装置，所述姿态感知设备包括陀螺仪和加速度传感器，其特征在于，包括：第一获取单元，适于获取陀螺仪的敏感轴的旋转角；

第二获取单元，适于获取加速度传感器的敏感轴的偏转角和线加速度，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；

设置单元，适于基于所述加速度传感器的敏感轴的线加速度设置对应所述陀螺仪的第一权重和对应所述加速度传感器的第二权重；

处理单元，适于基于所述第一权重和第二权重，对所述旋转角和所述偏转角进行加权处理，得到姿态感知设备的姿态角。

15. 如权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，所述设置单元包括：

滤波参数设置单元，适于设置第一滤波参数 n和第二滤波参数 m, 所述第二滤波参数 m为所述第一滤波参数 n的 3~5倍；

时间常数确定单元，适于确定滤波时间常数 τ , 其中，若 Ki n/m 则

T = -m * Ki + n , 若 Ki>n/m则 τ=0, Ki为所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和与重力加速度的差值；

权重确定单元，适于确定所述第一权重 a和第二权重 b, 其中， b = ~^ , τ + dt a = i _b。

16. 如权利要求 15所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述第一滤波参数 n的取值范围为 [3 , 6]。

17. 如权利要求 15所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述处理单元包括：

高通滤波器，适于基于所述滤波时间常数对所述旋转角进行高通滤波；第一乘法器，适于将所述高通滤波器的输出结果后乘以所述第一权重，得到第一乘积结果；

低通滤波器，适于基于所述滤波时间常数对所述偏转角进行低通滤波；第二乘法器，适于将所述低通滤波器的输出结果乘以所述第二权重，得到第二乘积结果；

加法器，适于将所述第一乘积结果和第二乘积结果相加，得到所述姿态角。

18. 如权利要求 15所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述处理单元包括：高通滤波器，适于基于所述滤波时间常数对所述旋转角进行高通滤波；第一乘法器，适于将所述高通滤波器的输出结果后乘以所述第一权重，得到第一乘积结果；

卡尔曼滤波器，适于对所述第一乘积结果和第二乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态角。

19. 如权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，所述第一权重和第二权重之和为 1 ; 所述设置单元包括：

线速度计算单元，适于将所述加速度传感器的各敏感轴的线加速度的矢量和对时间积分得到线速度；

判断单元，适于判断所述线速度是否小于预设值；

权重设置单元，适于在所述判断单元的判断结果为是时设置所述第一权重小于所述第二权重；在所述判断单元的判断结果为否时设置所述第一权重大于所述第二权重。

20. 如权利要求 19所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述第一预设值为 0.5米 /秒，

若所述角速度大于或等于所述预设值则设置所述第一权重为 2/3或 3/5。

21. 如权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，所述第一权重和第二权重之和为 1 ; 所述设置单元包括：

第一判断单元，适于判断所述线速度是否小于第一预设值；

第二判断单元，适于判断所述线速度是否大于第二预设值，所述第二预设值大于所述第一预设值；

22. 如权利要求 21所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述第一预设值为 0.3米 /秒，所述第二预设值为 0.6米 /秒；

若所述线速度大于所述第二预设值则设置所述第一权重为 1 ;

否则设置所述第一权重为 2/3。

23. 如权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述处理单元包括：

第三乘法器，适于将所述旋转角乘以所述第一权重，得到第三乘积结果；第四乘法器，适于将所述偏转角乘以所述第二权重，得到第四乘积结果；加法器，适于将所述第三乘积结果和第四乘积结果相加，得到所述姿态角。

24. 如权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，所述处理单元包括：

第三乘法器，适于将所述旋转角乘以所述第一权重，得到第三乘积结果；第四乘法器，适于将所述偏转角乘以所述第二权重，得到第四乘积结果；卡尔曼滤波器，适于对所述第三乘积结果和第四乘积结果进行卡尔曼滤波，得到所述姿态角。

25. 如权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置，其特征在于，还包括：分量确定单元，适于确定所述姿态感知设备在空间坐标系的分量 dcos0, d 为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量， Θ为姿态角。

26. 一种鼠标指针的控制装置，其特征在于，包括：

权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置；

分量变化确定单元，适于计算所述姿态感知设备的分量变化 Ad, 其中， Ad = d - d cos e , Θ为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量；位移变化确定单元，适于确定所述鼠标指针的位移变化量 As , 其中， As = Ad / (SF ^MF) , SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数；

指针控制单元，适于基于所述鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。

27. 一种姿态感知设备，包括陀螺仪和加速度传感器，其特征在于，还包括：权利要求 14所述的姿态感知设备的定位装置。

28. 如权利要求 27所述的姿态感知设备，其特征在于，还包括：分量变化确定单元，适于计算所述姿态感知设备的分量变化 Ad, 其中，

Ad=d-dcose, Θ为姿态角， d为姿态感知设备在空间坐标系的初始分量。

29. 如权利要求 28所述的姿态感知设备，其特征在于，还包括：位移变化确定单元，适于确定所述鼠标指针的位移变化量 As, 其中，

As = Ad/(SF^MF) , SF为所述陀螺仪的灵敏度系数， MF为鼠标指针的灵敏度系数。

30. 如权利要求 29所述的姿态感知设备，其特征在于，还包括：指针控制单元，适于基于所述鼠标指针的位移变化量控制所述鼠标指针的移动。

31.如权利要求 27所述的姿态感知设备，其特征在于，包括两个相互垂直的单轴陀螺仪和一个三轴重力加速度传感器。