[發明專利]基于多傳感器融合的虛擬陀螺及方法

有效

• 申請號: 201510099336.2
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104677355B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 羅璋;劉勝;劉超軍;余帥;張生志;王小平
• 申請（專利權）人: 九江飛恩微電子有限公司;武漢大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 許美紅

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種基于多傳感器融合的虛擬陀螺及方法。

背景技術

隨著當下對慣性傳感器的需求越來越大，對陀螺儀(角速度傳感器)的精度、功耗等要求也越來越高。MEMS陀螺儀雖然有成本低、易于數字化等優點，但是與加速度計以及其他傳感器相比，功耗明顯偏高。于此同時，隨著應用的豐富，對高精度陀螺的需求也越來越高。當下的MEMS陀螺儀的精度要求漸漸不能滿足其需求。

為了彌補MEMS陀螺儀在這些方面的不足，有若干方法被提出，曾有人提出利用一種多陀螺的數據融合方法來實現利用低成本陀螺組建高精度陀螺的方案。但是其缺點為多陀螺系統的功耗太高。也有方案提出，利用加速度計的解算來組建無陀螺慣性系統，其缺點為其加速度布置需要立體布置，不僅對加速度計布置的位置精度要求高，而且整個系統的體積大。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中虛擬陀螺儀的高功耗，且精度不夠的缺陷，提供一種基于多傳感器融合的虛擬陀螺技術，通過加速度計組合和陀螺儀的輸出進行數據融合，得到優化后角速度值的輸出，可以大幅提升整個系統的角速度測量精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種基于多傳感器融合實現虛擬陀螺的方法，包括以下步驟：

設置檢測方向在同一平面內正交的第一加速度計；

在該平面內，設置與其中一個檢測方向平行、但不共位置的第二加速度計，以及與另一個檢測方向平行、但不共位置的第三加速度計，形成加速度組合傳感器；

輸出加速度組合傳感器以及陀螺儀的測量值。

本發明所述的方法中，還包括步驟：

根據輸出的測量值，構建狀態更新與時間更新方程，進行卡爾曼濾波。

本發明所述的方法中，所述第一加速度計為共位置、檢測方向在同一平面內正交的雙軸加速度計或者兩個單軸加速度計。

本發明所述的方法中，第一加速度計的兩個檢測方向分別沿預設的坐標系的X軸方向和Y軸方向，第二加速度計置于X軸上距第一加速度計的距離為d1的位置，方向與Y軸平行，第三加速度計置于Y軸上距第一加速度計的距離為d2的位置，方向與X軸平行，陀螺儀的檢測方向沿Z軸方向。

本發明所述的方法中，設置d1等于d2。

本發明還提供一種基于多傳感器融合的虛擬陀螺，包括基板，其上設置加速度組合傳感器和陀螺儀；

加速度組合傳感器包括：第一加速度計，其檢測方向在同一平面內正交；第二加速度計，在該平面內，與第一加速度計的一個檢測方向平行、但不共位置；第三加速度計，在該平面內，與第一加速度計的另一個檢測方向平行、但不共位置；

所述陀螺儀，設置在該平面任一位置，其檢測方向與該平面垂直；

本發明所述的虛擬陀螺中，該虛擬陀螺還包括：

計算單元，用于根據加速度組合傳感器的測量值計算角加速度，并結合陀螺的輸出，構建狀態更新與時間更新方程，進行卡爾曼濾波。

本發明所述的虛擬陀螺中，所述第一加速度計為共位置、檢測方向在同一平面內正交的兩個單軸加速度計，或者雙軸加速度計。

本發明所述的虛擬陀螺中，所述第二加速度計和第三加速度計均為單軸加速度計。

本發明所述的虛擬陀螺中，第一加速度計的兩個檢測方向分別沿預設的坐標系的X軸方向和Y軸方向，第二加速度計置于X軸上距第一加速度計的距離為d1的位置，方向與Y軸平行，第三加速度計置于Y軸上距第一加速度計的距離為d2的位置，方向與X軸平行，陀螺儀的檢測方向沿Z軸方向。

本發明所述的虛擬陀螺中，第二加速度計置于X軸上距第一加速度計的距離與第三加速度計置于Y軸上距第一加速度計的距離相等。

本發明產生的有益效果是：本發明通過在同一平面內布置一對加速度計共位置、檢測方向正交，兩對加速度計檢測方向平行但不共位置，以及一個陀螺儀，并根據輸出構建狀態更新與時間更新方程，進行卡爾曼濾波，結合加速度計和陀螺儀的輸出特性，選擇適合的協方差矩陣，即可達到優化的角速度輸出，其精度會大大增加，同時因為加速度計的功耗較低，又僅使用一個陀螺儀，相比于現有技術中使用多個陀螺儀的功耗明顯降低。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明實施例基于多傳感器融合實現虛擬陀螺的方法流程圖；

圖2是本發明實施例基于多傳感器融合的虛擬陀螺結構示意圖。

具體實施方式