[发明专利]一种基于加速度计的旋转角度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于加速度计的旋转角度测量方法，包括以下步骤：首先在旋转角度传感器测量平面内，以旋转中心O，夹角为扇形分布两个双轴加速度计，分别为1号和2号，然后将旋转角度传感器绕旋转中心高速转动，通过测量1号和2号加速度计x轴的最大加速度和z轴的最大加速度，求得两个加速度计需要旋转一定角度，使其z轴指向旋转中心。接着在静止状态下测量出两个加速度计x轴的加速度，并通过数学推导求得两个加速度计安装位置所成夹角，最后，通过两个加速度计测量旋转角度传感器的旋转角度。本发明能够消除安装位置误差对于旋转角度解算的影响。

技术领域

本发明属于测控技术领域，特别涉及一种基于加速度计的旋转角度测量方法。

背景技术

旋转载体的角度测量对于载体的动态估计、姿态解算等均具有重要意义。目前常用的旋转角度测量方法分为两种，分别是基于编码器测量和基于惯性器件测量。其中，基于编码器的测量方法根据测量原理不同又可分为光电式、霍尔式等，其优点在于测量精度高，稳定性好。但由于此种测量方法需要分别将编码器的旋转端和非旋转端进行固定和安装，依赖于一定的机械结构，因此该方法的使用受到诸多限制，无法在自由旋转载体上进行应用。相比较于基于编码器的角度测量方法，基于惯性器件的测量方法无需任何机械支撑结构，因此使用更加灵活，特别是在MEMS技术日趋成熟以后，MEMS惯性器件以其体积小、重量轻等优点，逐渐成为自由载体角速度测量的主要选择。但是，由于陀螺仪的量程(通常小于±2000°/s)，所以不具备测量的通用性。

发明内容

发明目的：针对上述缺陷，本发明提供一种基于加速度计的旋转角度测量方法，通过合理设计加速度计的分布方式和旋转角度解算方法，克服了由于安装位置对旋转角度解算带来的影响，同时为代替编码器进行角度测量提供一种可行方案。

技术方案：本发明提出一种基于加速度计的旋转角度测量方法，包括如下步骤：

步骤一：在旋转角度传感器测量平面内，以旋转中心O，夹角为Δθ扇形分布两个双轴加速度计，分别为1号和2号，首先将旋转角度传感器绕旋转中心高速转动，然后通过测量1号加速度计x轴的最大加速度和z轴的最大加速度，求得1号加速度计需要旋转一定角度，使其z轴指向旋转中心。同理，将2号加速度计的z轴指向旋转中心；

步骤二：根据步骤一中的旋转角度传感器，在静止状态下测量出两个加速度计x轴的加速度，并通过数学推导求得两个加速度计安装位置所成夹角；

步骤三：经过步骤一和步骤二标定后，即使重力加速度出现偏差时，也能通过两个加速度计测量旋转角度传感器的旋转角度。

进一步的，所述的步骤一中，在旋转角度传感器测量平面内，以旋转中心O，夹角为Δθ，半径为r扇形分布两个双轴加速度计，分别为1号和2号，首先将旋转角度传感器以角速度ω绕旋转中心高速转动，然后通过测量1号加速度计x轴的最大加速度a_x1max和z轴的最大加速度a_z1max，求得1号加速度计需要旋转α₁°，使其z轴指向旋转中心。具体数学关系如下：

同理，通过测量2号加速度计x轴的最大加速度a_x2max和z轴的最大加速度a_z2max，求得2号加速度计需要旋转α₂°，使其z轴指向旋转中心。

进一步的，所述步骤二中通过数学推导求得两个加速度计安装位置所成夹角具体为：当无法确定1号加速计和2号加速度计安装位置所成夹角时，通过在静止状态下测量出两个加速度计x轴的加速度a_x1和a_x2，并通过数学推导求得两个加速度计安装位置所成夹角Δθ。具体数学关系如下：