[發明專利]一種基于微慣性傳感器的軌跡還原方法及系統

在審

• 申請號: 201510957912.2
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN105607760A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 周亦迪;王雨辰;張崢;馮耀
• 申請（專利權）人: 上海開圣影視文化傳媒股份有限公司
• 主分類號: G06F3/0346
• 分類號: G06F3/0346
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

1.一種基于微慣性傳感器的軌跡還原方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)由多種微慣性傳感器對載體的加速度、角速度和環境磁場數據進行高頻采 集；

2)在高頻采集的同時，對采集到的實時數據進行預處理；

3)根據預處理后的實時數據獲得載體的初始姿態，并采用梯度下降法解算載 體姿態；

4)根據解算得的載體姿態通過積分方式求得三維空間內的軌跡。

2.根據權利要求1所述的基于微慣性傳感器的軌跡還原方法，其特征在于， 步驟2)中，所述預處理包括確定量程和單位歸一化處理。

3.根據權利要求1所述的基于微慣性傳感器的軌跡還原方法，其特征在于， 步驟3)中，所述初始姿態為測量開始時靜止狀態的載體姿態，包括初始四元數、 初始姿態矩陣和初始姿態角。

4.根據權利要求1所述的基于微慣性傳感器的軌跡還原方法，其特征在于， 步驟3)中，解算載體姿態具體為：

采用梯度下降法，將載體坐標系中重力造成的加速度理論值和預處理后的實時 數據中的加速度測量值間的誤差作為目標函數，求解使所述誤差最小的姿態四元 數。

5.根據權利要求1所述的基于微慣性傳感器的軌跡還原方法，其特征在于， 步驟4)中，所述積分方式包括牛頓-柯斯特積分、數值積分、矩形積分或梯形積 分。

6.一種基于微慣性傳感器的軌跡還原系統，其特征在于，包括：

軌跡記錄裝置，安裝于載體上，用于高頻采集載體的加速度、角速度和環境磁 場數據，并對采集得的實時數據進行預處理，所述軌跡記錄裝置包括多種微慣性傳 感器；

后臺處理器，通過無線網絡與軌跡記錄裝置連接，用于根據預處理后的實時數 據采用梯度下降法還原載體在三維空間內的軌跡；

顯示器，與后臺處理器連接，用于顯示后臺處理器獲得的軌跡。

7.根據權利要求6所述的一種基于微慣性傳感器的軌跡還原系統，其特征在 于，所述后臺處理器包括：

初始姿態獲取模塊，用于在預處理后的實時數據中分離出測量開始時靜止狀態 階段的數據，獲得初始姿態，所述初始姿態包括初始四元數、初始姿態矩陣和初始 姿態角；

載體姿態解算模塊，用于采用梯度下降法將載體坐標系中重力造成的加速度理 論值和預處理后的實時數據中的加速度測量值間的誤差作為目標函數，求解使所述 誤差最小的姿態四元數；

積分模塊，用于根據解算得的載體姿態通過積分方式求得三維空間內的軌跡。

8.根據權利要求6所述的一種基于微慣性傳感器的軌跡還原系統，其特征在 于，所述多種微慣性傳感器包括加速度計、磁力計和陀螺儀，其中，所述加速度計 和磁力計集成于同一模塊中，共用一套寄存器地址。

9.根據權利要求6所述的一種基于微慣性傳感器的軌跡還原系統，其特征在 于，所述軌跡記錄裝置內還包括與多種微慣性傳感器分別連接的數據處理芯片，所 述數據處理芯片通過無線傳輸模塊與后臺處理器連接。

10.根據權利要求6所述的一種基于微慣性傳感器的軌跡還原系統，其特征在 于，所述無線傳輸模塊包括無線網卡或藍牙芯片。