[发明专利]一种姿态检测系统中不含重力加速度的欧拉角求解方法

说明书

本发明公开了一种姿态检测系统中不含重力加速度的欧拉角求解方法，基于MARG传感器实现，MARG传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，首先确定姿态检测系统的导航坐标系和载体坐标系；计算将导航坐标系旋转至载体坐标系所需要的坐标变换矩阵该矩阵的元素由欧拉角中的横滚角、俯仰角和偏航角表示；采集三轴加速度计与三轴磁力计的测量值^ba,^bm；根据三轴加速度计和三轴磁力计的测量值^ba,^bm以及坐标变换矩阵得到不包含重力加速度的欧拉角计算公式。本发明利用三轴加速度计和三轴磁力计的测量值求解被测物体的欧拉角，所得到的计算公式中不含有重力加速度，完全消除了重力加速度在求解姿态角时的影响，从而提高了姿态检测的精度。

技术领域

本发明涉及利用MARG传感器进行姿态检测的姿态检测技术领域，特别是涉及一种姿态检测系统中不含重力加速度的欧拉角求解方法。

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。

利用MARG传感器进行物体姿态检测的原理如下：首先，确定姿态检测系统的导航坐标系与载体坐标系，计算将导航坐标系旋转至载体坐标系所需要的坐标变换矩阵，该坐标变换矩阵中的元素由欧拉角中的横滚角、偏航角和俯仰角表示。然后，由三轴加速度计测量的三轴加速度，通过坐标变换矩阵计算被检测物体的横滚角和俯仰角，由三轴磁力计测量的三轴磁场信息，通过坐标变换矩阵计算被检测物体的偏航角。最终得到被检测物体的实时欧拉角，从而实现姿态检测的功能。

但在目前的基于MARG传感器的姿态测量系统中，其欧拉角中的计算公式中多引入了重力加速度，即将重力加速度作为已知条件带入计算公式中。但由于重力加速度并不是恒定数值，其值会随着高度和地球经纬度的不同而发生改变。并且，由于重力加速度的数值并不是一个有限小数，在将其作为恒定值进行带入时需要保留一定位数的有效数字。

以上两点均会造成姿态检测的精度下降，因此寻找不含有重力加速度的欧拉角计算公式对提高姿态检测的精度具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种姿态检测系统中不含重力加速度的欧拉角求解方法，本发明根据MARG传感器中的三轴加速度计与三轴磁力计的测量值，计算被测物体的欧拉角，其计算方法不受重力加速度的影响，能够完全消除重力加速度在求解欧拉角时的影响，提高姿态检测的精度。

本发明采用如下技术方案：

一种姿态检测系统中不含重力加速度的欧拉角求解方法，基于MARG传感器实现，MARG传感器包含有三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，包括以下步骤：

确定姿态检测系统的导航坐标系OX_nY_nZ_n和载体坐标系OX_bY_bZ_b；

计算将导航坐标系旋转至载体坐标系所需要的坐标变换矩阵该矩阵的元素由欧拉角中的横滚角、俯仰角和偏航角表示；

采集三轴加速度计与三轴磁力计的测量值^ba,^bm；

根据三轴加速度计和三轴磁力计的测量值^ba,^bm以及坐标变换矩阵得到不包含重力加速度的欧拉角计算公式，所述欧拉角包括横滚角俯仰角θ和偏航角ψ。