[发明专利]基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及定位技术，特别涉及基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法。

背景技术

陀螺仪技术经历了相当一段时间的发展，经典陀螺仪具有高速旋转的刚体转子，依靠自身的性能可以捕获自身的姿态。它最早是用于航海导航，后来在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪基本原理是运用物体高速旋转时，强大的角动量使旋转轴一直稳定指向一个方向的性质，所制造出来的定向仪器。当运动方向与转轴指向不一致时，会产生相应的偏角，再根据偏角与运动的关系，得到目前运动件的运动轨迹和位置，从而实现定位的功能。

加速度传感器技术是惯性与力的检测综合体，目前在汽车电子和消费电子领域有较多的应用。加速度传感器通过实时采集运动件加速度信号，通过二阶积分的方式得到运动的轨迹实现定位。另外，在器件处于相对稳定的状态下，通过分析传感器件自身重力加速度，得到目前器件的自身姿态。

随着现代生活水平的日益提高和MEMS(微机电系统)技术的发展，陀螺仪技术应用开始进入人们的日常生活当中。

目前游戏中定位的方式主要有以下几种：鼠标定位(含机械式、光电和激光等)，CMOS影像感测器通过拍摄光点定位等等。由于自身的局限性，限制了他们在一定场合的应用，比如，鼠标必须在一个平面上移动，CMOS影像感测器定位成本较高，并且对外界的条件(杂光等)要求较高。

然而，对于运动件定位而言，陀螺仪技术及加速度传感器技术都存在运动体自态与运动状态很难完全体现的不足。运动件在自态不断变化的情况下，单独利用陀螺仪或加速度传感器进行定位存在真实性和稳定性问题。比如，如果仅仅有三轴的陀螺仪，在运动件的姿态保持不变的情况下，定位是正常的。但当自身姿态发生变化后，由于陀螺仪无法检测到自身姿态的变化，造成分析得到的器件运动方向和实际方向完全不同的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于陀螺仪和加速度传感器的空间定位方法，采用该方法对运动件定位准确稳定。

为解决上述技术问题，本发明的基于陀螺仪和加速度传感器的空间定位方法采用的技术方案，包括以下步骤：

(1).在运动件上固定有陀螺仪和加速度传感器；

(2).陀螺仪采集各轴对应的角加速度信号，加速度传感器采集各轴对应的线性加速度信号及1G重力加速度信号；

(3).根据加速度传感器采集的各轴线性加速度信号及1G重力加速度信号，确定目前运动件的状态；

(4).如果目前运动件处于稳定态，根据线性加速度各轴上的数据大小，求得目前处于稳定态的运动件1G重力引起的重力加速度方向，从而确定目前运动件的自态；如果目前运动件处于非稳定态，进行步骤(6)；

(5).根据步骤(4)求得的运动件自态，校准陀螺仪的角加速度信号坐标，使运动件的运动方向与陀螺仪的角加速度信号坐标相对应；

(6).在校准后的陀螺仪的角加速度信号坐标的基础上，对陀螺仪采集的角加速度信号处理，得到运动件的即时定位。

步骤(3)确定目前运动件的状态的方法可以是，当各轴线性加速度合成值同1G重力加速度的差值在设定的范围内时，确定目前运动件的状态处于稳定态，否则处于非稳定态。

步骤(5)可以通过陀螺仪坐标与重力加速度坐标恒定的保持一定的关系，得到目前运动件的运动方向在目前陀螺仪坐标中的偏移，从而根据该偏移校准陀螺仪角加速度信号坐标。

本发明的基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法，在运动件上同时固定有陀螺仪和加速度传感器，利用1G重力加速度对运动件自态坐标的动态校准，从而实现运动件在自身状态不定的情况下，根据陀螺仪角加速度信号准确地输出运动件定位信号。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法一实施方式流程图；

图2是一实施本发明的方法的空间定位系统结构框图；

图3是本发明的基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法定位过程示意图；

图4是运动件自态同陀螺仪角加速度信号坐标一致时对应的运动关系示意图；

图5是运动件自态同陀螺仪角加速度信号坐标不一致时对应的运动关系示意图。

具体实施方式

本发明的基于陀螺仪和加速度传感器的空间定位方法，实施方式如图1所示，包括以下步骤：

(1).在运动件上固定有陀螺仪和加速度传感器，

(2).陀螺仪采集各轴对应的角加速度信号，加速度传感器采集各轴对应的线性加速度信号及1G重力加速度信号；