[發(fā)明專利]基于靜止點檢測的濾除重力加速度方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710939440.7
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107976559A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡麗英;樓樺;李興
• 申請（專利權(quán)）人: 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18
• 代理公司: 蘇州銘浩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32246
• 代理人: 趙凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種加速度檢測方法，具體涉及一種針對非連續(xù)運動的、基于靜止點檢測的從由處于相同傳感器坐標(biāo)系的三軸加速度傳感器與三軸陀螺儀共同構(gòu)成的六軸傳感器的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)中濾除重力加速度得到三軸線性加速度的方法。

背景技術(shù)

加速度傳感器因為其工作原理，受到地球重力場的影響。其所測得的加速度是物體自身運動的線性加速度以及物體受到的重力加速度一起作用的結(jié)果。所以從加速度傳感器所測得三軸加速度數(shù)據(jù)中濾除重力加速度得到三軸線性加速度的過程對于利用加速度傳感器來研究物體的空間運動來說是一種重要手段。現(xiàn)有的濾除重力加速度的方法主要分為兩大類：一是低通濾波的方法，對加速度傳感器測得的原始數(shù)據(jù)使用低通濾波，將變化頻率較小的重力加速度濾出，再用傳感器加速度減去重力加速度，最終得到線性加速度。低通濾波的方法易于理解，操作簡單，但使用此種方法得到的線性加速度，與物體真實線性加速度的相差較大，只能大體表征出真實線性加速度的變化趨勢，對于一些對線性加速度精度要求較高的研究，低通濾波方法的效果不甚理想；二是結(jié)合陀螺儀信息的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的方法。此種方法要求運動以靜止?fàn)顟B(tài)開始，靜止?fàn)顟B(tài)下物體自身的線性加速度為零，加速度傳感器所測得的數(shù)據(jù)僅受重力影響的加速度。測得數(shù)據(jù)后，首先使用卡爾曼濾波，對數(shù)據(jù)進行誤差處理。然后結(jié)合陀螺儀數(shù)據(jù)，使用旋轉(zhuǎn)矩陣，便可計算出重力加速度在三軸傳感器加速度上的投影情況，減去投影在傳感器加速度各軸的重力加速度，最終得到物體的三軸線性加速度。坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的方法較之低通濾波的方法所得線性加速度與真實線性加速度更為貼近，但在誤差處理上，尤其是在處理使用陀螺儀的角速度數(shù)據(jù)積分得到角度數(shù)據(jù)時過程中產(chǎn)生的積分誤差問題時，效果不甚理想。積分誤差隨著數(shù)據(jù)量的增大而呈逐漸增大的趨勢。

根據(jù)以上描述可知，現(xiàn)有的濾除重力加速度的方法主要存在的問題是結(jié)果的精度問題，所得的線性加速度與物體真實加速度存在較為明顯的偏差。因此，設(shè)計一種可克服上述問題的濾除重力加速度的技術(shù)是亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上情形，為了解決上述技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種從由處于相同傳感器坐標(biāo)系的三軸加速度傳感器與三軸陀螺儀共同構(gòu)成的六軸傳感器的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)中濾除重力加速度得到三軸線性加速度的方法，以提高加速度檢測結(jié)果精度，促進使用加速度傳感器對物體運動的研究。

一種基于靜止點檢測的濾除重力加速度方法，包括如下步驟：將設(shè)置在相同傳感器坐標(biāo)系的三軸加速度傳感器與三軸陀螺儀共同構(gòu)成的六軸傳感器固定在待檢測目標(biāo)上；采集加速度傳感器的三軸加速度信號與陀螺儀的三軸角速度信號并輸入三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸角速度數(shù)據(jù)；對加速度傳感器的三軸加速度數(shù)據(jù)和陀螺儀的三軸角速度數(shù)據(jù)進行誤差處理；根據(jù)角速度數(shù)據(jù)從加速度數(shù)據(jù)中檢測出運動靜止點并以運動靜止點對運動進行分段；分別投影每段運動數(shù)據(jù)首尾靜止點，濾除每段運動的重力加速度得到兩段不同三軸線性加速度；根據(jù)兩段不同的線性加速度的準(zhǔn)確性的分布特點，分配權(quán)值進行擬合，得到最終的三軸線性加速度；輸出濾除重力加速度后的三軸線性加速度。

優(yōu)選地，所述對加速度傳感器的三軸加速度數(shù)據(jù)和陀螺儀的三軸角速度數(shù)據(jù)進行誤差處理，包括：使用求取均值的方法對加速度，角速度數(shù)據(jù)進行零位偏移誤差處理；使用卡爾曼濾波的方法對加速度，角速度數(shù)據(jù)進行隨機誤差誤差處理；對角速度數(shù)據(jù)使用均值濾波，減小角速度數(shù)據(jù)積分產(chǎn)生的積分誤差。

優(yōu)選地，所述根據(jù)角速度數(shù)據(jù)從加速度數(shù)據(jù)中檢測出運動靜止點，包括：計算三軸加速度數(shù)據(jù)f_acc_x、f_acc_y、f_acc_z的合加速度t_acc，計算三軸角速度數(shù)據(jù)f_angvel_x、f_angvel_y、f_angvel_z的合角速度t_angvel；求取合加速度t_acc的極值點集；根據(jù)靜止時合加速度t_acc幅值變化范圍設(shè)置合加速度t_acc靜止點閾值T₁，根據(jù)靜止時合角速度t_angvel幅值變化范圍設(shè)置合角速度t_angvel靜止點閾值T₂；根據(jù)有效運動頻率設(shè)置靜止點鄰域?qū)挾龋桓鶕?jù)合加速度t_acc的靜止點閾值T₁以及靜止點鄰域的寬度在合加速度t_acc的極值點集中進行靜止點檢測，并以合角速度t_angvel靜止點閾值T₂作為判斷條件進行輔助篩選。