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一種陀螺儀數據融合方法
【專利摘要】本發明公開了一種陀螺儀數據融合方法，包括以下步驟：A、在陀螺儀設備開啟時，利用靜止狀態下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值；B、在運動狀態下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值；C、利用上一時刻的姿態角、根據加速度計的輸出得到的姿態角、根據角速度計得到的特定軸的角速度、上一時刻與當前時刻的間隔時間以及數據融合參考系數，計算當前的姿態角。本發明通過在數據融合過程中引入數據融合參考系數，在不增加計算復雜度的情況下實現高精度數據融合，同時解決了現有技術在設備存在加速度的情況下不能進行姿態定位的問題。本發明作為一種陀螺儀數據融合方法可廣泛應用于陀螺儀【技術領域】。
【專利說明】一種陀螺儀數據融合方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及陀螺儀【技術領域】，尤其是一種陀螺儀數據融合方法。

【背景技術】
[0002] 現有設備中采用陀螺儀來做智能控制，大多設備采用雙軸或三軸陀螺儀來控制設 備的姿態角，由于加速度計在靜止時數據是精確的，但是當設備運動起來后，數據就不再精 確了，角加速度計計算物體的旋轉運動，至此只用一軸的數據，無論是單獨利用加速度計還 是單獨利用角加速度計都無法得到設備的角度，而且由于陀螺儀本身的精度和制造工藝等 問題，使得由硬件直接輸出的數據具有漂移和累積誤差，還有數據耦合過程中也會存在誤 差，因此輸出的角度數據無法長時間保持高精度，因此利用陀螺儀控制設備的技術難點在 于陀螺儀數據的融合運算。
[0003] 當前主要有以下幾種陀螺儀數據融合的方法，基于四元數融合法，基于卡爾曼算 法的數據融合，基于互補濾波的方式進行數據融合。雖然基于卡爾曼算法的數據融合的精 度較高，但是計算量巨大，過程復雜，基于四元數法計算量比卡爾曼算法小一些，互補濾波 計算量最小但是精度要低一些，而且目前上面的這些融合算法都是在設備沒有做加速運動 的情況，在加速運動的情況下，加速度計的數據量融合了重力還有設備本身的加速度，無法 再利用它進行姿態定位。


【發明內容】

[0004] 為了解決上述技術問題，本發明的目的是：提供一種適用于設備存在加速度的陀 螺儀數據融合方法。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：一種陀螺儀數據融合方法，包括有以下步驟： A、 在陀螺儀設備開啟時，利用靜止狀態下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢 量和的模值； B、 在運動狀態下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值； C、 利用上一時刻的姿態角、根據加速度計的輸出得到的姿態角、根據角速度計得到的 特定軸的角速度、上一時刻與當前時刻的間隔時間以及數據融合參考系數，計算當前的姿 態角。
[0006] 進一步，所述步驟A中對三個軸矢量進行零值偏移誤差補償后再計算三個軸矢量 和的模值。
[0007] 進一步，所述數據融合參考系數根據上述步驟A、步驟B中的模值計算所得。
[0008] 進一步，所述步驟C中當前姿態角的計算公式為：

【權利要求】
1. 一種陀螺儀數據融合方法，其特征在于：包括有以下步驟： A、 在陀螺儀設備開啟時，利用靜止狀態下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢 量和的模值； B、 在運動狀態下加速度計輸出的三個軸矢量，計算三個軸矢量和的模值； C、 利用上一時刻的姿態角、根據加速度計的輸出得到的姿態角、根據角速度計得到的 特定軸的角速度、上一時刻與當前時刻的間隔時間以及數據融合參考系數，計算當前的姿 態角。
2. 根據權利要求1所述的一種陀螺儀數據融合方法，其特征在于：所述步驟A中對三 個軸矢量進行零值偏移誤差補償后再計算三個軸矢量和的模值。
3. 根據權利要求1所述的一種陀螺儀數據融合方法，其特征在于：所述數據融合參考 系數根據上述步驟A、步驟B中的模值計算所得。
4. 根據權利要求1所述的一種陀螺儀數據融合方法，其特征在于：所述步驟C中當前 姿態角的計算公式為：
其中angles為上一時刻的姿態角，angle_accelerate為根據加速度計的輸出得到的 姿態角，angle_gyro_rate為根據角速度計得到的特定軸的角速度，T為上一時刻與當前時 刻的間隔時間，K為數據融合參考系數，anglet為當前的姿態角。
5. 根據權利要求4所述的一種陀螺儀數據融合方法，其特征在于：所述數據融合參考 系數K的計算公式為：
其中G為所述步驟A中的模值，G_為所述步驟B中的模值，C和D為常數因子。
6. 根據權利要求5所述的一種陀螺儀數據融合方法，其特征在于：對于不同取值范圍 的IG1-Gj,設置不同值的常數因子C和常數因子D。
【文檔編號】G01C19/02GK104236533SQ201410476399
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】蓋增園, 王旭耀, 林羽凡, 李建奇, 雷波, 曾德祥 申請人:廣州博冠光電技術有限公司