[发明专利]基于双IMU和视觉融合的动基座上物体相对姿态测量方法及系统

权利要求书

1.基于双IMU和视觉融合的动基座上物体相对姿态测量方法,其特征在于，包括以下步骤:

步骤一:低精度IMU偏差补偿；

步骤二：双IMU动基座上物体相对姿态测量；

步骤三：视觉物体相对姿态测量；

步骤四：多传感器时间同步；

步骤五：基于IEKF的视觉和双IMU数据融合；

所述步骤二包括：

a)IMU数据采集；

b)测量系统旋转矩阵标定；

c)基于旋转四元数的惯性姿态解算。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述步骤一具体：标定零位偏差系数，使用此零位偏差系数对陀螺仪原始测量输出值中的零位偏差进行补偿；在滤波过程中陀螺仪的动态漂移采用反馈校正的方法进行补偿。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于，所述零位偏差系数标定方法及其对陀螺仪原始测量输出值的校正方法为保持载体IMU和参考IMU相对空间惯性坐标系静止，采集多组两个IMU在该静止状态下的输出值，确定陀螺仪关于时间的非线性模型，并用一元多次函数对该非线性模型进行求解。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述步骤二具体为惯性器件测量输出以空间惯性坐标系为基准，载体IMU的输出是待测运动物体相对空间惯性坐标系的测量输出，使用参考IMU对载体IMU中的有害测量部分进行修正，滤除掉载体IMU测量中动基座相对空间惯性坐标系的运动分量，保留其输出中待测运动物体相对动基座的运动分量，完成双IMU动基座上运动物体相对姿态测量。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述步骤三视觉测量使用由外向内的视觉测量结构，摄像机和动基座固定连接，靶标和待测运动物体固定连接；具体为：在待测运动物体相对动基座运动过程中，待测运动物体带动携带的靶标运动，摄像机拍摄运动的靶标特征标示点，待测物体的运动表现为拍摄的靶标图像中特征点图像坐标的变化，对拍摄图像进行处理，并将特征点的图像坐标值和世界坐标值进行正确的匹配，根据匹配好的图像坐标值和世界坐标值使用通用的视觉姿态测量方法，进行姿态计算，完成视觉姿态测量。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述步骤四具体为：使用系统计数时间将各个传感器的输出值统一在同一个时间系统内。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述步骤五数据融合使用输出校正用滤波器输出不断对姿态进行修正；使用反馈校正通过对陀螺仪测量输出不断进行校正，达到对滤波器的输入量校正目的；形成了滤波器的反馈校正部分。

8.根据权利要求1所述的基于双IMU和视觉融合的动基座上物体相对姿态测量方法的测量系统，其特征在于，包括相对放置的参考IMU和载体IMU，所述参考IMU与摄像机固定连接，两者都固定于动基座上组成参考系统；所述载体IMU和靶标固定连接且两者都置于转台上组成目标系统，并由转台带动进行相对于参考系统的运动，所述转台底座固定在动基座上并可相对动基座做旋转运动；

所述转台由控制器控制运转，所述摄像机、靶标、参考IMU、载体IMU和控制器均与处理器连接，所述处理器进行图像采集、IMU数据采集、转台运动模式控制并完成图像处理、数据计算；所述转台为运动目标物体。