[发明专利]适用于空中飞鼠的姿态解算方法

说明书

本发明涉及一种适用于空中飞鼠的姿态解算方法，所述空中飞鼠基于六轴传感器，包括：获取角速度ω和加速度a；估计水平方向的加速度的大小，确定增益因子α的大小；归一化加速度a，并求出加速度a与水平方向夹角的正弦余弦值；定义D是上次姿态解算估计出的重力矢量φ为翻滚角，从而计算误差矢量e＝axD；误差矢量累加计算误差积分In，I_n＝I_n‑1+Δte，Δt是算法执行周期，e是上一步计算出来的误差；角速度融合ω′＝ω+α(K_pe+K_iI_n)。上述适用于空中飞鼠的姿态解算方法，提高空中飞鼠姿态解算的准确性，从而降低漂移感，降低姿态解算的复杂性从而提高姿态解算的实时性，减少空中飞鼠的滞后感和成本。

技术领域

本发明涉及空中飞鼠，特别是涉及适用于空中飞鼠的姿态解算方法。

背景技术

国内外对空中飞鼠均有一定的研究。早在2002年，Alan H.F.Lam等人就研制出了基于二维加速度计的虚拟键盘鼠标系统,操控者只需将加速度计装在指环上，数据信息就可以通过戴在手腕上的无线传输模块传送至电脑，然后通过解析和显示的软件实时解算这些数据，最后完成输入控制。2003年，英国伯明翰大学设计了一种可以控制电脑屏幕上三维立体旋转的三维鼠标。

然而无线空中飞鼠最大的问题就是鼠标轨迹的算法。起初，是利用加速度二次积分，偏移非常的大，例如2010年苏州大学的王海红设计的三维鼠标，也有利用加速度的数据计算鼠标的翻滚角，来对应鼠标的位置，如上海交通大学的姜晓波制作的AIR-MOUSE，这样做出来的效果体验感并不好。后来的空中鼠标大都用上了陀螺仪传感器，情况有所改善，比如罗技的MXAir利用两轴陀螺仪进行控制，实际效果就已经比较好了。目前大部分方案使用六轴传感器之后姿态算法更加精确，轨迹也更加准确。只是把加速度计换成了六轴传感器，比如2013年华侨大学周获制作的无线空中鼠标。

滞后感和漂移感的问题依旧存在，于是更多的传感器用来解决这个问题。比如2011年上海交通大学的刘刚开发的激光笔辅助教学系统，是通过摄像头识别投影屏幕上的激光点的位置，来确定鼠标的位置，这样可以达到像鼠标一样指哪点哪的操作体验，但是系统的便捷性和成本限制了这种方案的发展。宁波大学的赵士龙发表的无线手持控制器是借助触控屏来移动鼠标指针的，想法也比较新颖，但并不实用。

目前的空中鼠标用的方案大多是六轴传感器的方案，鼠标控制也从轨迹算法转为了姿态算法，用角速度去代替实际运动速度。而姿态算法方面却没有集中的研究，采用的大多是飞行器的姿态算法和传感器自带的运动处理单元。但是飞行器场景是一个趋于稳定的控制过程，对实时的角度要求不高，而手持场景是高动态的过程，需要更加实时准确的解算角度。

传统技术存在以下技术问题：

1、mahony互补滤波：由于将加速度方向作为重力方向，而空中飞鼠一直处于运动的过程中，对重力方向估计错误，导致漂移问题严重；

2、卡尔曼滤波：计算量很大，速度慢，成本较高；

3、六轴传感器内置算法，存在姿态解算速度的限制，存在滞后感，且不开源，不能够正确评估算法的性能。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适用于空中飞鼠的姿态解算方法，提高空中飞鼠姿态解算的准确性，从而降低漂移感；降低姿态解算的复杂性从而提高姿态解算的实时性，减少空中飞鼠的滞后感和成本。

一种适用于空中飞鼠的姿态解算方法，所述空中飞鼠基于六轴传感器，包括：

获取角速度ω和加速度a；

估计水平方向的加速度的大小，确定增益因子α的大小；

归一化加速度a，并求出加速度a与水平方向夹角的正弦余弦值；