[發明專利]基于陀螺儀和加速度傳感器的定位方法

有效

• 申請號: 200810043570.3
• 申請日: 2008-06-30
• 公開（公告）號: CN101619978A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 喻應東
• 申請（專利權）人: 鼎億數碼科技（上海）有限公司;鼎億公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;A63F13/02
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 周 赤

技術領域

本發明涉及定位技術，特別涉及基于陀螺儀和加速度傳感器的定位方法。

背景技術

陀螺儀技術經歷了相當一段時間的發展，經典陀螺儀具有高速旋轉的剛體轉子，依靠自身的性能可以捕獲自身的姿態。它最早是用于航海導航，后來在航空和航天事業中也得到廣泛的應用。陀螺儀基本原理是運用物體高速旋轉時，強大的角動量使旋轉軸一直穩定指向一個方向的性質，所制造出來的定向儀器。當運動方向與轉軸指向不一致時，會產生相應的偏角，再根據偏角與運動的關系，得到目前運動件的運動軌跡和位置，從而實現定位的功能。

加速度傳感器技術是慣性與力的檢測綜合體，目前在汽車電子和消費電子領域有較多的應用。加速度傳感器通過實時采集運動件加速度信號，通過二階積分的方式得到運動的軌跡實現定位。另外，在器件處于相對穩定的狀態下，通過分析傳感器件自身重力加速度，得到目前器件的自身姿態。

隨著現代生活水平的日益提高和MEMS(微機電系統)技術的發展，陀螺儀技術應用開始進入人們的日常生活當中。

目前游戲中定位的方式主要有以下幾種：鼠標定位(含機械式、光電和激光等)，CMOS影像感測器通過拍攝光點定位等等。由于自身的局限性，限制了他們在一定場合的應用，比如，鼠標必須在一個平面上移動，CMOS影像感測器定位成本較高，并且對外界的條件(雜光等)要求較高。

然而，對于運動件定位而言，陀螺儀技術及加速度傳感器技術都存在運動體自態與運動狀態很難完全體現的不足。運動件在自態不斷變化的情況下，單獨利用陀螺儀或加速度傳感器進行定位存在真實性和穩定性問題。比如，如果僅僅有三軸的陀螺儀，在運動件的姿態保持不變的情況下，定位是正常的。但當自身姿態發生變化后，由于陀螺儀無法檢測到自身姿態的變化，造成分析得到的器件運動方向和實際方向完全不同的現象。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于陀螺儀和加速度傳感器的空間定位方法，采用該方法對運動件定位準確穩定。

為解決上述技術問題，本發明的基于陀螺儀和加速度傳感器的空間定位方法采用的技術方案，包括以下步驟：

(1).在運動件上固定有陀螺儀和加速度傳感器；

(2).陀螺儀采集各軸對應的角加速度信號，加速度傳感器采集各軸對應的線性加速度信號及1G重力加速度信號；

(3).根據加速度傳感器采集的各軸線性加速度信號及1G重力加速度信號，確定目前運動件的狀態；

(4).如果目前運動件處于穩定態，根據線性加速度各軸上的數據大小，求得目前處于穩定態的運動件1G重力引起的重力加速度方向，從而確定目前運動件的自態；如果目前運動件處于非穩定態，進行步驟(6)；

(5).根據步驟(4)求得的運動件自態，校準陀螺儀的角加速度信號坐標，使運動件的運動方向與陀螺儀的角加速度信號坐標相對應；

(6).在校準后的陀螺儀的角加速度信號坐標的基礎上，對陀螺儀采集的角加速度信號處理，得到運動件的即時定位。

步驟(3)確定目前運動件的狀態的方法可以是，當各軸線性加速度合成值同1G重力加速度的差值在設定的范圍內時，確定目前運動件的狀態處于穩定態，否則處于非穩定態。

步驟(5)可以通過陀螺儀坐標與重力加速度坐標恒定的保持一定的關系，得到目前運動件的運動方向在目前陀螺儀坐標中的偏移，從而根據該偏移校準陀螺儀角加速度信號坐標。

本發明的基于陀螺儀和加速度傳感器的定位方法，在運動件上同時固定有陀螺儀和加速度傳感器，利用1G重力加速度對運動件自態坐標的動態校準，從而實現運動件在自身狀態不定的情況下，根據陀螺儀角加速度信號準確地輸出運動件定位信號。

附圖說明

下面結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明的基于陀螺儀和加速度傳感器的定位方法一實施方式流程圖；

圖2是一實施本發明的方法的空間定位系統結構框圖；

圖3是本發明的基于陀螺儀和加速度傳感器的定位方法定位過程示意圖；

圖4是運動件自態同陀螺儀角加速度信號坐標一致時對應的運動關系示意圖；

圖5是運動件自態同陀螺儀角加速度信號坐標不一致時對應的運動關系示意圖。

具體實施方式

本發明的基于陀螺儀和加速度傳感器的空間定位方法，實施方式如圖1所示，包括以下步驟：

(1).在運動件上固定有陀螺儀和加速度傳感器，

(2).陀螺儀采集各軸對應的角加速度信號，加速度傳感器采集各軸對應的線性加速度信號及1G重力加速度信號；