[发明专利]一种姿态检测系统中初始姿态自动标定方法及系统

说明书

本发明公开了一种姿态检测系统中的初始姿态自动标定方法及系统，将姿态测量单元固定在被测物体表面，进行测量，连续采样姿态测量单元处于当前姿态时的测量值，计算姿态测量单元处于当前姿态时，连续采样获得的测量值的平均值；计算姿态测量单元处于当前状态时，重力场和磁力场在载体坐标系各坐标轴的标准化分量；计算姿态检测系统在姿态检测单元处于当前姿态与混合磁场下的偏移欧拉角；按照姿态检测单元初始状态下的偏移欧拉角修正姿态检测算法，根据修正后的姿态检测算法进行被测物体的姿态检测。

技术领域

本发明涉及一种姿态检测系统中初始姿态自动标定方法及系统。

背景技术

随着微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)的日益发展，MARG(Magnetic，Angular Rate and Gravity)传感器越来越多的应用在姿态检测领域。对物体姿态进行准确检测，是进行其他深入研究的基础。而在基于MARG传感器的姿态检测算法中，要求姿态检测单元的初始状态为理想放置状态，即要求姿态检测单元的载体坐标系与世界坐标系重合，并且假设姿态检测系统的工作环境中磁场只有地磁场而不存在其他干扰磁场。但在实际过程中，由于被检测物体表面不完全水平，以及手动装配测量单元时的装配误差，都将导致检测单元的放置状态与理想状态不一致，并且由于姿态检测系统工作环境中环境磁场的干扰，实际的真实磁场相对于地磁场发生了一定的偏移。以上两个问题的存在，导致姿态检测单元的测量数据在经过姿态检测算法后得到的被检测物体的姿态发生了不同程度的偏移，造成姿态检测精度不稳定。当检测精度过低时，无法满足姿态检测要求，整个姿态检测系统将失去检测意义，无法进行其他上层应用的研究。

为了减小姿态检测单元的初始姿态偏移对姿态检测系统最终检测结果的影响，通常采取的做法是在初始状态下，将姿态检测单元放置在水平面上，尽量调整姿态检测单元的载体坐标系与世界坐标系重合，然后再将姿态检测单元移动至被检测物体表面。这种方式操作繁琐，而且在调整两坐标系重合过程中需要较高的技巧，耗费大量的时间。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种姿态检测系统中的初始姿态自动标定方法及系统，本发明根据姿态检测单元的初始状态，自动修正姿态检测算法中的姿态输出，可以大大降低姿态检测算法对姿态检测单元的初始状态的要求，提高物体姿态检测的精度与效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种姿态检测系统中的初始姿态自动标定方法，包括以下步骤：

(1)将姿态测量单元固定在被测物体表面，进行测量；

(2)连续采样姿态测量单元处于当前姿态时的测量值，包括重力场、混合磁场以及其分别在载体坐标系中x轴、y轴和z轴上的分量；

(3)计算姿态测量单元处于当前姿态时，连续采样获得的测量值的平均值；

(4)计算姿态测量单元处于当前状态时，重力场和混合磁场在载体坐标系各坐标轴的标准化分量；

(5)计算姿态检测系统在姿态检测单元处于当前姿态与混合磁场下的偏移欧拉角；

(6)按照姿态检测单元初始状态下的偏移欧拉角修正姿态检测算法，根据修正后的姿态检测算法进行被测物体的姿态检测。

进一步的，所述步骤(2)中，重力场的测量值为^ba_t＝[a_xt,a_yt,a_zt]，其中^ba_t为载体坐标系下t时刻重力场的测量值，a_xt，a_yt，a_zt分别为t时刻重力场在载体坐标系x轴，y轴，z轴上的分量。