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一种陀螺仪数据融合方法
【专利摘要】本发明公开了一种陀螺仪数据融合方法，包括以下步骤：A、在陀螺仪设备开启时，利用静止状态下加速度计输出的三个轴矢量，计算三个轴矢量和的模值；B、在运动状态下加速度计输出的三个轴矢量，计算三个轴矢量和的模值；C、利用上一时刻的姿态角、根据加速度计的输出得到的姿态角、根据角速度计得到的特定轴的角速度、上一时刻与当前时刻的间隔时间以及数据融合参考系数，计算当前的姿态角。本发明通过在数据融合过程中引入数据融合参考系数，在不增加计算复杂度的情况下实现高精度数据融合，同时解决了现有技术在设备存在加速度的情况下不能进行姿态定位的问题。本发明作为一种陀螺仪数据融合方法可广泛应用于陀螺仪【技术领域】。
【专利说明】一种陀螺仪数据融合方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及陀螺仪【技术领域】，尤其是一种陀螺仪数据融合方法。

【背景技术】
[0002] 现有设备中采用陀螺仪来做智能控制，大多设备采用双轴或三轴陀螺仪来控制设 备的姿态角，由于加速度计在静止时数据是精确的，但是当设备运动起来后，数据就不再精 确了，角加速度计计算物体的旋转运动，至此只用一轴的数据，无论是单独利用加速度计还 是单独利用角加速度计都无法得到设备的角度，而且由于陀螺仪本身的精度和制造工艺等 问题，使得由硬件直接输出的数据具有漂移和累积误差，还有数据耦合过程中也会存在误 差，因此输出的角度数据无法长时间保持高精度，因此利用陀螺仪控制设备的技术难点在 于陀螺仪数据的融合运算。
[0003] 当前主要有以下几种陀螺仪数据融合的方法，基于四元数融合法，基于卡尔曼算 法的数据融合，基于互补滤波的方式进行数据融合。虽然基于卡尔曼算法的数据融合的精 度较高，但是计算量巨大，过程复杂，基于四元数法计算量比卡尔曼算法小一些，互补滤波 计算量最小但是精度要低一些，而且目前上面的这些融合算法都是在设备没有做加速运动 的情况，在加速运动的情况下，加速度计的数据量融合了重力还有设备本身的加速度，无法 再利用它进行姿态定位。


【发明内容】

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种适用于设备存在加速度的陀 螺仪数据融合方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种陀螺仪数据融合方法，包括有以下步骤： A、 在陀螺仪设备开启时，利用静止状态下加速度计输出的三个轴矢量，计算三个轴矢 量和的模值； B、 在运动状态下加速度计输出的三个轴矢量，计算三个轴矢量和的模值； C、 利用上一时刻的姿态角、根据加速度计的输出得到的姿态角、根据角速度计得到的 特定轴的角速度、上一时刻与当前时刻的间隔时间以及数据融合参考系数，计算当前的姿 态角。
[0006] 进一步，所述步骤A中对三个轴矢量进行零值偏移误差补偿后再计算三个轴矢量 和的模值。
[0007] 进一步，所述数据融合参考系数根据上述步骤A、步骤B中的模值计算所得。
[0008] 进一步，所述步骤C中当前姿态角的计算公式为：

【权利要求】
1. 一种陀螺仪数据融合方法，其特征在于：包括有以下步骤： A、 在陀螺仪设备开启时，利用静止状态下加速度计输出的三个轴矢量，计算三个轴矢 量和的模值； B、 在运动状态下加速度计输出的三个轴矢量，计算三个轴矢量和的模值； C、 利用上一时刻的姿态角、根据加速度计的输出得到的姿态角、根据角速度计得到的 特定轴的角速度、上一时刻与当前时刻的间隔时间以及数据融合参考系数，计算当前的姿 态角。
2. 根据权利要求1所述的一种陀螺仪数据融合方法，其特征在于：所述步骤A中对三 个轴矢量进行零值偏移误差补偿后再计算三个轴矢量和的模值。
3. 根据权利要求1所述的一种陀螺仪数据融合方法，其特征在于：所述数据融合参考 系数根据上述步骤A、步骤B中的模值计算所得。
4. 根据权利要求1所述的一种陀螺仪数据融合方法，其特征在于：所述步骤C中当前 姿态角的计算公式为：
其中angles为上一时刻的姿态角，angle_accelerate为根据加速度计的输出得到的 姿态角，angle_gyro_rate为根据角速度计得到的特定轴的角速度，T为上一时刻与当前时 刻的间隔时间，K为数据融合参考系数，anglet为当前的姿态角。
5. 根据权利要求4所述的一种陀螺仪数据融合方法，其特征在于：所述数据融合参考 系数K的计算公式为：
其中G为所述步骤A中的模值，G_为所述步骤B中的模值，C和D为常数因子。
6. 根据权利要求5所述的一种陀螺仪数据融合方法，其特征在于：对于不同取值范围 的IG1-Gj,设置不同值的常数因子C和常数因子D。
【文档编号】G01C19/02GK104236533SQ201410476399
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】盖增园, 王旭耀, 林羽凡, 李建奇, 雷波, 曾德祥 申请人:广州博冠光电技术有限公司