[发明专利]一种运动姿态数据的获取装置以及方法

说明书

本发明公开了一种运动姿态数据的获取装置，包括三轴角速度传感器、三轴加速度传感器、三轴地磁强度传感器和递归自回归滤波器，所述三轴角速度传感器，三轴加速度传感器和三轴地磁强度传感器将采集到的数据送入递归自回归滤波器，本发明的有益效果是，解决陀螺仪积分累计误差的方法是在姿态采集设备上加装加速度传感器，用于测量重力方向的加速度数据值，在没有外力加速度情况下，可较为准确的输出运动物体的横滚角和俯仰角，如果有外力加速作用，通过具有卡尔曼滤波器进行数据融合，最后得到运动物体的姿态数据。

技术领域

本发明涉及传感器数据融合解算领域，特别是一种运动姿态数据的获取装置以及方法。

背景技术

近年来，随着MEMS技术的迅速发展，人体姿态定位技术逐渐融入进MEMS中。已广泛应用在各个领域，尤其是VR技术，人体运动姿态建模等领域。这些运动姿态追踪设备具有集成化，微型化，成本低，重量轻等特点。本发明提出一种通过姿态传感器得到精确姿态定位的技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种运动姿态数据的获取装置以及方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种运动姿态数据的获取装置，包括三轴角速度传感器、三轴加速度传感器、三轴地磁强度传感器和递归自回归滤波器,所述三轴角速度传感器，三轴加速度传感器和三轴地磁强度传感器将采集到的数据送入递归自回归滤波器。

所述步骤S1数据采集和转换、步骤S2记录、步骤S3校准、步骤S4统计、步骤S5计算、步骤S6反馈、步骤S7数据传输融合以及步骤S8数据发送；

步骤S1：建立运动物体姿态测量的工作坐标系，然后对运动物体姿态数据进行采集和转换；

步骤S2：三轴地磁强度传感器设定第一次测量航向角时的运动物体对应的地磁场方向旋转两个航向角差值大小的角度，并记录该旋转后的第二次测量航向角位置的磁场强度数据；

步骤S3：在处理之前加入动态调整模块，用于动态调整卡尔曼滤波过程中的观测噪声协方差矩阵和激励噪声协方差矩阵；其中动态调整模块包括数据统计分析模块，动态系数计算模块，协方差变换模块；

步骤S4：数据统计分析模块用于分别统计分析所述磁场强度观测量和测量姿态数据得到数据变化率和超过量程时间百分比。

步骤S5：动态系数计算模块用于将所述数据变化率与超量程时间百分比分别得到第一动态调整系数和第二动态调整系数。协方差变换模块用于将第一动态调整系数乘以获取所述磁场强度观测量时产生的观测噪声协方差得到更新后的观测噪声协方差。将第二动态调整系数乘以所述测量姿态数据时产生的激励噪声协方差得到更新后的激励噪声协方差；

步骤S6：将所述更新后的观测噪声协方差和激励噪声协方差反馈给递归自回归滤波器中；

步骤S7：将这些数据输入到卡尔曼滤波中，进行数据融合处理；

步骤S8：将准确的定位数据发送出去，其中包括数据获取模块，发送模块和接收模块。

所述三轴地磁强度传感器设定第一次测量航向角时的运动物体对应的地磁场方向旋转两个航向角差值大小的角度。

所述三轴角速度传感器收集运动物体XYZ三个轴向的数据，三轴加速度传感器收集运动物体重力方向上加速度数据，这六个数据用四元数转换后作为运动物体姿态的参数描述(航向角，俯仰角，滚转角)。

所述第一次测量航向角时运动物体所在位置对应的磁场强度作为基准，将第二次测量航向角时运动物体所在位置对应的地磁场的方向旋转两个航向角之差的角度大小。

所述磁场强度观测值输入递归自回归滤波器中进行数据融合，从而消除了角速度传感器的累积误差，递归自回归滤波器输出的数据也较为真实的反映出运动物体的姿态，进而可以实现运动物体的准确定位。