[發(fā)明專利]用于確定物體姿態(tài)的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110281435.4
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102997913A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂仲軒
• 申請（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體(中國)投資有限公司
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 鄭立柱

1.一種用于確定物體姿態(tài)的方法，包括：

接收重力加速度信號以及地磁場信號，所述重力加速度信號與所述地磁場信號響應(yīng)于物體的姿態(tài)的變化而變化；

基于所述重力加速度信號確定物體坐標(biāo)系中的重力場表示，基于所述地磁場信號確定物體坐標(biāo)系中的地磁場表示；

基于所述物體坐標(biāo)系中的所述重力場表示與所述地磁場表示計算所述物體坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)；

基于所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)確定所述物體的姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過裝載在物體上的加速度傳感器測得所述重力加速度信號，以及通過裝載在物體上的磁強(qiáng)計測得所述地磁場信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重力加速度信號至少包括沿相互正交的三個測量軸測量的重力加速度測量值，所述地磁場信號至少包括沿相互正交的三個測量軸測量的地磁場測量值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定重力場表示與地磁場表示的步驟進(jìn)一步包括：

基于所述物體坐標(biāo)系中的重力場表示確定所述物體坐標(biāo)系中的重力場表示與地球坐標(biāo)系中的重力場表示的對應(yīng)關(guān)系；

基于所述物體坐標(biāo)系中的地磁場表示確定所述物體坐標(biāo)系中的地磁場表示與地球坐標(biāo)系中的地磁場表示的對應(yīng)關(guān)系。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述地球坐標(biāo)系是東北天坐標(biāo)系，所述重力場表示為所述東北天坐標(biāo)系中的U軸，而所述地磁場在地平面的投影矢量表示為所述東北天坐標(biāo)系中的N軸。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的步驟進(jìn)一步包括：

采用四元數(shù)參數(shù)計算所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述計算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的步驟進(jìn)一步包括：

對坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方程V’＝QVQ^-1進(jìn)行求解以得到所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中，Q代表四元數(shù)形式的所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，V代表任一矢量在物體坐標(biāo)系中的表示，而V’代表所述任一矢量在地球坐標(biāo)系中的表示。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述求解坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方程進(jìn)一步包括：

基于所述物體坐標(biāo)系中的重力場表示確定所述物體坐標(biāo)系中的重力場表示與地球坐標(biāo)系中的重力場表示的對應(yīng)關(guān)系；

基于所述物體坐標(biāo)系中的地磁場表示確定所述物體坐標(biāo)系中的地磁場表示與地球坐標(biāo)系中的地磁場表示的對應(yīng)關(guān)系；以及

將所述對應(yīng)關(guān)系代入所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方程以求解所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)確定物體的姿態(tài)的步驟還包括：

基于所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)顯示所述物體。

10.一種用于確定物體姿態(tài)的裝置，包括：

接收模塊，用于接收重力加速度信號以及地磁場信號，所述重力加速度信號與所述地磁場信號響應(yīng)于物體的姿態(tài)的變化而變化；

第一確定模塊，用于基于所述重力加速度信號確定物體坐標(biāo)系中的重力場表示，基于所述地磁場信號確定物體坐標(biāo)系中的地磁場表示；

轉(zhuǎn)換模塊，用于基于所述物體坐標(biāo)系中的所述重力場表示與所述地磁場表示計算所述物體坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)；

第二確定模塊，用于基于所述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)確定所述物體的姿態(tài)。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括：

加速度傳感器，其裝載在所述物體上，用于測量所述重力加速度并生成所述重力加速度信號；

磁強(qiáng)計，其裝載在所述物體上，用于測量地磁場并生成所述地磁場信號。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述重力加速度信號至少包括沿相互正交的三個測量軸測量的重力加速度測量值，所述地磁場信號至少包括沿相互正交的三個測量軸測量的地磁場測量值。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第一確定模塊進(jìn)一步用于：

基于所述物體坐標(biāo)系中的重力場表示確定所述物體坐標(biāo)系中的重力場表示與地球坐標(biāo)系中的重力場表示的對應(yīng)關(guān)系；

基于所述物體坐標(biāo)系中的地磁場表示確定所述物體坐標(biāo)系中的地磁場表示與地球坐標(biāo)系中的地磁場表示的對應(yīng)關(guān)系。