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专利号: 2020107946005
申请人: 北京摩高科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种室内环境磁异常实时修正与导航方法,其特征在于,所述方法包括:确定t时刻的磁异常量Δm(t);

根据所述t时刻的磁异常量Δm(t)对地磁矢量进行修正,获得t时刻的地磁矢量修正量Mb修正(t);

利用所述t时刻的地磁矢量修正量Mb修正(t)确定旋转矩阵C(t);

根据旋转矩阵C(t)确定航向;

所述方法中还包括对MEMS传感器中加速度计的修正方法,所述对MEMS传感器中加速度计的修正方法包括以下步骤:

2 2 2

步骤e1、判断加速度是否异常,当三轴加速度计模值sqrt(ax +ay +az)与1g相差较大时,则不进行加速度计修正,其中,1g表示一个重力加速度;

T

步骤e2、加速度归一化,A=[ax ay az] ,A新=A/norm(A),其中,ax表示为x轴的加速度,ay表示为y轴的加速度,az表示为z轴的加速度,norm表示矩阵范数;

T T

步骤e3、计算加速度偏差Ea=A新×V,其中,V=C [0 0 1]表示为重力加速度在体坐标系的投影;

所述方法中还包括对MEMS传感器中磁力计的修正方法,所述对MEMS传感器中磁力计的修正方法包括以下步骤:步骤f1、磁力计归一化:M=[mx my mz]T,M新=M/norm(M),其中,mx表示为x轴的磁力计,my表示为y轴的磁力计,mz表示为z轴的磁力计;

T

步骤f2、计算磁场偏差Em=M新×W,其中,W=CMe(t)表示为磁力计在体坐标系的投影;

所述方法中包括对人体姿态捷联解算的修正方法,所述对人体姿态捷联解算的修正方法包括以下步骤:T T

步骤g1、初始化四元数q,并初始化陀螺偏差δ=[δx δy δz] =[0 0 0] ,其中,δx表示为x轴的陀螺偏差,δy表示为y轴的陀螺偏差,δz表示为z轴的陀螺偏差;

T

步骤g2、计算xyz三轴的修正速率,w=w0+δ,其中,w0=[wx wy wz] ,表示为三轴角速率,wx表示为x轴的角速率,wy表示为y轴的角速率,wz表示为z轴的角速率;

步骤g3、计算修正后的 其中q=[q0 q1 T

q2 q3]。

2.根据权利要求1所述的室内环境磁异常实时修正与导航方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:步骤a、将MEMS传感器静止,利用磁输出Mb(0)确定初始航向,利用加速度计输出确定初始横滚和俯仰,其中,Mb(0)表示为地磁矢量在体坐标的投影,即MEMS传感器在初始时刻的磁输出值;

步骤b、通过基本四元数积分算法,计算t时刻磁异常量Δm(t);

T

步骤c、对t时刻的地磁矢量进行修正得到修正后的地磁矢量Mb修正,Mb修正(t)=Mb(t)‑CT(t)ΔMt,其中,C(t)表示为t时刻只利用陀螺数据计算的旋转矩阵,C(t)表示C(t)在t时刻的转置矩阵,Mb(t)表示为地磁矢量在体坐标的投影,即MEMS传感器在t时刻的磁输出值,ΔMt表示为大于设定阙值的N个周期磁异常的平均值;

步骤d、利用修正后的地磁矢量Mb修正(t),结合加速度输出、陀螺输出,重新计算旋转矩阵C新(t),确定航向。

3.根据权利要求2所述的室内环境磁异常实时修正与导航方法,其特征在于,所述步骤b中t时刻磁异常量Δm(t)计算包括以下步骤:步骤b1、计算初始时刻的地磁矢量Me(0)=C(0)*Mb(0),并置磁异常量ΔM=0,其中,C(0)表示为初始时刻从体坐标系到大地坐标系的旋转矩阵,所述初始时刻从体坐标系到大地坐标系的旋转矩阵C(0)通过四元数获取;

步骤b2、获取9轴传感器数据,计算t时刻大地坐标下的磁矢量Me(t)=C(t)*Mb(t),C(t)表示为t时刻只利用陀螺数据计算的旋转矩阵,Mb(t)表示为地磁矢量在体坐标的投影,即MEMS传感器在t时刻的磁输出值;

步骤b3、计算t时刻磁异常量Δm(t)=Me(t)‑Me(0),并存入缓存。

4.根据权利要求2所述的室内环境磁异常实时修正与导航方法,其特征在于,所述N个周期磁异常的平均值 若tmp大于设定阙值,则更新磁异常ΔMt=tmp。

5.根据权利要求3所述的室内环境磁异常实时修正与导航方法,其特征在于:所述9轴传感器数据包括MEMS传感器获得的体坐标系下的xyz三个轴的角速度、加速度和磁矢量,其中,xyz三个轴的角速度称为陀螺数据;

所述角速度数据通过陀螺仪获得,所述加速度数据通过加速度计获得,所述磁矢量数据通过磁力计获得,所述磁力计为磁传感器。

6.根据权利要求1所述的室内环境磁异常实时修正与导航方法,其特征在于:所述方法中包括对姿态四元数非线性互补修正,δ修正=Kp*e+KI∫edt,其中,e=Em+Ea,Kp表示为PID控制中的P项系数,即比例项系数,KI表示为PID控制中的I项系数,即积分项系数。

7.一种室内环境磁异常实时修正与导航装置,其特征在于,所述装置包括:磁异常量确定单元,用于确定t时刻的磁异常量Δm(t);

地磁矢量修正量确定单元,用于根据所述t时刻的磁异常量Δm(t)对地磁矢量进行修正,获得t时刻的地磁矢量修正量Mb修正(t);

旋转矩阵C(t)确定单元,用于利用所述t时刻的地磁矢量修正量Mb修正(t)确定旋转矩阵C(t);

航向确定单元,用于根据旋转矩阵C(t)确定航向;

所述装置还用于对MEMS传感器中加速度计的修正,所述对MEMS传感器中加速度计的修正包括以下步骤:

2 2 2

步骤e1、判断加速度是否异常,当三轴加速度计模值sqrt(ax +ay +az)与1g相差较大时,则不进行加速度计修正,其中,1g表示一个重力加速度;

T

步骤e2、加速度归一化,A=[ax ay az] ,A新=A/norm(A),其中,ax表示为x轴的加速度,ay表示为y轴的加速度,az表示为z轴的加速度,norm表示矩阵范数;

T T

步骤e3、计算加速度偏差Ea=A新×V,其中,V=C [0 0 1]表示为重力加速度在体坐标系的投影;

所述装置还用于对MEMS传感器中磁力计的修正,所述对MEMS传感器中磁力计的修正包括以下步骤:步骤f1、磁力计归一化:M=[mx my mz]T,M新=M/norm(M),其中,mx表示为x轴的磁力计,my表示为y轴的磁力计,mz表示为z轴的磁力计;

T

步骤f2、计算磁场偏差Em=M新×W,其中,W=CMe(t)表示为磁力计在体坐标系的投影;

所述装置还用于对人体姿态捷联解算的修正,所述对人体姿态捷联解算的修正包括以下步骤:T T

步骤g1、初始化四元数q,并初始化陀螺偏差δ=[δx δy δz] =[0 0 0] ,其中,δx表示为x轴的陀螺偏差,δy表示为y轴的陀螺偏差,δz表示为z轴的陀螺偏差;

T

步骤g2、计算xyz三轴的修正速率,w=w0+δ,其中,w0=[wx wy wz] ,表示为三轴角速率,wx表示为x轴的角速率,wy表示为y轴的角速率,wz表示为z轴的角速率;

步骤g3、计算修正后的 其中q=[q0 q1 T

q2 q3]。