專利名稱：：用于改善物體取向估計的方法和實(shí)施所述方法的姿態(tài)控制系統(tǒng)的制作方法用于改善物體取向估計的方法和實(shí)施所述方法的姿態(tài)控制系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種估計有或無固有加速度以及有或無磁性擾動的物體在空間中的取向的方法，還涉及一種適于實(shí)施所述方法以能夠估計取向的裝置。獲得取向一般涉及使用若干傳感器，形成被指定為運(yùn)動俘獲裝置，也被指定為姿態(tài)控制單元的組件的一部分。MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器可用于構(gòu)造該控制單元，所述MEMS傳感器具有小巧廉價的優(yōu)點(diǎn)。使用這樣的MEMS傳感器使得能夠考慮在各種應(yīng)用領(lǐng)域中使用姿態(tài)控制單元，尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中用于監(jiān)測居家老人、功能性再教育，在運(yùn)動領(lǐng)域中用于分析體育運(yùn)動，用于汽車、機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)和三維動畫領(lǐng)域，更一般地用于需要確定或觀察運(yùn)動的任何領(lǐng)域中。然而，與非MEMS傳感器(例如用于導(dǎo)航領(lǐng)域中)相比，這些MEMS傳感器的缺點(diǎn)是較易受噪聲和偏差影響。此外，眾所周知，有些姿態(tài)控制單元既使用加速度計又使用磁強(qiáng)計，從而使其能夠重構(gòu)三個自由度的運(yùn)動，即與地球重力場和地球磁場相比固有加速度和磁性擾動分別可以忽略的運(yùn)動。然而，在未觀察到這種假設(shè)情況，即不能忽略固有加速度或磁性擾動時，所述運(yùn)動表現(xiàn)出六個或九個自由度。此時不可能使用僅使用加速度計和磁強(qiáng)計的姿態(tài)控制單元來估計活動物體的取向。亦即，運(yùn)動俘獲應(yīng)用的多樣化使得必須要克服這些限制。因此考慮使用額外的傳感器，更具體而言是組合使用速率陀螺儀、加速度計和磁強(qiáng)計。從這些傳感器獲得的測量結(jié)果由兩個部分構(gòu)成與活動物體的取向直接相關(guān)的信息部分和擾動部分，擾動部分的性質(zhì)取決于相關(guān)傳感器。首先，這些是針對加速度計提供的測量結(jié)果的固有加速度，對磁強(qiáng)計提供的測量結(jié)果的磁性擾動以及速率陀螺儀的偏差(bias)。這些擾動導(dǎo)致不正確的取向估計。當(dāng)前，有很多方法用于從加速度計、磁強(qiáng)計和速率陀螺儀提供的測量結(jié)果獲得對物體取向的估計。有一些實(shí)施一種或多種優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的所謂優(yōu)化方法，但這些方法在計算時間方面成本較高。此外，在問題變得復(fù)雜時，定義優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是困難的。還有些實(shí)施神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要后續(xù)學(xué)習(xí)階段，尤其是關(guān)于數(shù)據(jù)庫大小和計算時間的學(xué)習(xí)階段，以獲得精確的估計。此外，對于優(yōu)化方法和那些實(shí)施神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法而言，難以考慮到狀態(tài)隨時間的變化趨勢的概念，這使得它們魯棒性不夠好。還有些實(shí)現(xiàn)觀察器的方法，與上述方法不同的是，這些方法使得能夠合并來自兩個源的信息源自傳感器提供的測量結(jié)果的信息和源自趨勢模型的信息，并且在這樣做的同時保持與實(shí)時實(shí)施兼容的計算時間。使用觀察器的已知方法主要依賴于卡爾曼濾波器的使用。這項技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是允許合并數(shù)據(jù)，同時考慮到傳感器提供的測量結(jié)果所提供的信息的質(zhì)量和模型的質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道，有很多種卡爾曼濾波器-擴(kuò)展卡爾曼濾波器(或EKF)；這種卡爾曼濾波器實(shí)施起來迅速且容易，其應(yīng)用之一是運(yùn)動俘獲，在如下文獻(xiàn)中特別地描述了這種應(yīng)用“Quaternion-basedextendedKalmanfilterfordeterminationorientationbyinertialandmagneticsensing，，，SABATINIΑ.Μ.,IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,2006,53(7)。-專用于強(qiáng)非線性問題的UKF卡爾曼濾波器(無氣味卡爾曼濾波器)。碰巧，在運(yùn)動俘獲的背景下，遇到的問題是弱非線性的；因此，它并不是很適于估計取向。此外，與EKF濾波器相比計算成本大大增加。因此人們對它的興趣不如對EKF濾波器多。例如，如下文獻(xiàn)描述了一種便攜式取向估計裝置，其中利用加速度計和磁強(qiáng)計合并絕對取向并利用UKF濾波器合并轉(zhuǎn)速”PortabIeorientationestimationdevicebasedonaccelerometers，magnetometersandgyroscopesensorsforsensornetwork”，HARADAT.，UCHINOH.，MORIΤ.，SATOΤ.，IEEEConferenceonMultisensorFusionandIntegrationforIntelligentSystems，2003。-互補(bǔ)卡爾曼濾波器在這種相關(guān)情況下，目的是估計狀態(tài)的誤差而不是狀態(tài)自身，其實(shí)施起來非常復(fù)雜。除了濾波器的選擇之外，注入濾波器中的測量結(jié)果的質(zhì)量，尤其是它們值的可信性也是非常重要的。在實(shí)踐中，如前所述，測量結(jié)果包括與活動的物體的取向直接相關(guān)的信息部分和擾動部分，擾動部分的性質(zhì)取決于相關(guān)傳感器。首先，這些是針對加速度計提供的測量結(jié)果的固有加速度，對磁強(qiáng)計提供的測量結(jié)果的磁性擾動以及速率陀螺儀的偏差。還有必要考慮到測量噪聲，但所述噪聲常規(guī)是在濾波器中處理的。當(dāng)前有很多用于處理擾動的方法。所述方法之一包括認(rèn)為擾動是可以忽略的，并為濾波器提供由傳感器提供的測量結(jié)果，在如下文獻(xiàn)中就是這種情況“Design，implementationandexperimentalresultsofaquaternion-basedKalmanfilterforhumanbodymotiontracking",YUNX.,BACHMANNE.R.IEEETransactionsOnRobotics，2006，22(6)，以及"ApplicationofMIMU/MagnetometerintegratedsystemOntheattitudedeterminationofmicrosatellite，，，SUK.,REND.H.,YOUΖ.,ZHOUQ.,InternationalConferenceonIntelligentMechatronicsandAutomation，2004年8月，中國成都。結(jié)果，在傳感器之一上實(shí)際發(fā)生了擾動的情況下，濾波器提供的測量結(jié)果是有誤差的，但濾波器將認(rèn)為它是正確的。此時取向的估計變得不正確。因此不論自由度的數(shù)目為幾個，都不可能忽略擾動并以期望精度獲得估計。因此大大劣化了性能指標(biāo)，因?yàn)槭軘_動的測量結(jié)果是原樣地提供給觀察器的。因此估計方法使得能夠通過檢測擾動的存在并通過更新這些測量結(jié)果的可信性來將一次性缺點(diǎn)考慮在內(nèi)，例如，如以下文獻(xiàn)中所述“Portableorientationestimationdevicebasedonaccelerometers,magnetometersandgyroscopesensorsforsensornetwork",HARADAT.，UCHINOH.，MORIΤ.，SATOΤ.，IEEEConferenceonMultisensorFusionandIntegrationforIntelligentSystems,2003。這種方法提供了用于檢測測量結(jié)果中的擾動的額外步驟。在檢測到擾動時，對應(yīng)測量結(jié)果中的信任度最小化。因此在估計取向時不考慮包括擾動的測量結(jié)果提供的信息。因此取向的估計僅依賴于由其他傳感器提供的測量結(jié)果?，F(xiàn)在，在來自若干傳感器的測量結(jié)果同時表現(xiàn)出擾動的情況下，觀察器不再有充分多信息來提供正確的取向估計。最后，在如下文獻(xiàn)中描述了一種方法^nertialandmagneticsensingofhumanmotion，，,ROETENBERGD.,doctoralthesis,Twenteuniversity,Netherlands,2006以及“Measuringorientationofhumanbodysegmentusingminiaturegyroscopesandaccelerometers，，，PhDThesis,Inertialsensingofhumanmovement,LUINGEH.J.n，2002b，其中，借助于觀察器檢測擾動的存在并對它們進(jìn)行估計。為此，放大狀態(tài)矢量，且測量模型中發(fā)生擾動，這變得更接近事實(shí)。原則上，這種技術(shù)似乎適于具有六或九個自由度的運(yùn)動情形。然而，因?yàn)槿狈捎^察性，對擾動和取向的組合估計是困難的。還需要大量的待設(shè)置參數(shù)，這增大了其實(shí)施的復(fù)雜性。因此本發(fā)明的一個目的是提供一種取向估計方法，不論是否存在固有加速度和磁性擾動，這種方法都提供精確的取向估計，并且與現(xiàn)有方法相比以簡化的方式這樣做。前述目的是通過一種基于加速度、磁場和轉(zhuǎn)速沿三個空間軸的測量結(jié)果估計取向的方法實(shí)現(xiàn)的，所述方法包括-用于預(yù)處理這些測量結(jié)果以檢測擾動的存在并估計無擾動的測量結(jié)果的步驟，以及-用于基于從預(yù)處理步驟獲得的測量值估計取向的步驟。該方法未忽略擾動，這意味著估計是無誤差的；該方法恒定地估計它們。如果它們存在，它并不像其他估計方法那樣拒絕相關(guān)的一個或多個測量結(jié)果。此外，不在狀態(tài)矢量或測量模型中并入它們，這簡化了模型并且不會導(dǎo)致估計變得不可能的情況。因此在兩個相繼步驟中估計取向，并可能估計擾動。因此為觀察器提供來自加速度計、磁強(qiáng)計和速率陀螺儀的測量結(jié)果，測量結(jié)果盡可能接近估計取向的理想條件即，分別沒有固有加速度、沒有磁性擾動且沒有偏差。為此，使用在前一時刻估計的取向作為執(zhí)行對測量結(jié)果的預(yù)處理的額外信息。因此根據(jù)本發(fā)明的估計方法使得能夠以最佳方式從傳感器的測量結(jié)果提取物體的取向而不論相關(guān)的運(yùn)動如何。此外，這種方法實(shí)施起來簡單，且僅包括少量設(shè)置參數(shù)。有利地，所述觀察器為擴(kuò)展卡爾曼濾波器。可以估計擾動，尤其是固有加速度，這使得能夠通過積分和二次積分分別回溯到物體的速度和位置。因此本發(fā)明的主題是一種利用物體的沿三個空間軸的總加速度、磁場和轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果估計所述物體在時間k在空間中的取向的方法，包括以下步驟A-預(yù)處理時刻k的所述測量結(jié)果，以檢測所述測量結(jié)果中擾動的存在，所述擾動屬于包括所述物體的固有加速度、增加到地球磁場的磁場以及所述轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果的偏差的組，并估計時間k時的無擾動測量結(jié)果，B-由觀察器從在步驟A獲得的時間k時的估計的無擾動測量結(jié)果估計時間k時的取向。步驟A有利地包括Al-預(yù)處理所述轉(zhuǎn)速測量結(jié)果，A2-檢測所述總加速度和磁場的所述測量結(jié)果中存在還是不存在擾動，A3-在時間k沒有擾動的情況下，估計的時間k時的無擾動測量結(jié)果等于時間k時的測量結(jié)果，在有擾動的情況下，在時間k估計的無擾動測量結(jié)果是基于在前一時間k-Ι時估計的取向計算的。步驟Al包括從轉(zhuǎn)速測量結(jié)果減去在預(yù)備初始化步驟期間確定的平均偏差?？梢酝ㄟ^在給定時間期間固定提供轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的模塊并計算每個軸上轉(zhuǎn)速測量結(jié)果值的平均值獲得這一平均偏差。在姿態(tài)控制單元由人佩戴的情況下，這種固定需要從人身上去除控制單元以消除人不可避免的震顫。用于預(yù)處理加速度和磁場測量結(jié)果的步驟A2可以包括-步驟A2.1，包括將所述總加速度測量結(jié)果的范數(shù)與重力場的范數(shù)進(jìn)行比較的測試，如果時間k時的加速度測量結(jié)果的范數(shù)與重力場的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值，則假設(shè)加速度擾動為零，否則假設(shè)有擾動，在每個軸上所述擾動等于時間k時所述總加速度的測量結(jié)果和在時間k時估計的無擾動加速度測量結(jié)果之間的差異，-步驟A2.2，包括將所述磁場的測量結(jié)果的范數(shù)與地球磁場的范數(shù)進(jìn)行比較的測試，如果所述磁場測量結(jié)果的范數(shù)與地球磁場的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值，則假設(shè)磁性擾動為零，否則假設(shè)每個軸上所述磁性擾動等于時間k時所述磁場測量結(jié)果和在時間k時在每個軸上估計的無擾動磁場測量結(jié)果之間的差異。在步驟A2.1中，有利地對時間k-Ι時估計的擾動進(jìn)行額外測試如果時間k時總加速度的測量結(jié)果的范數(shù)與重力場的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值，則執(zhí)行檢查，以確定在時間k-Ι時估計的加速度擾動的范數(shù)是否低于預(yù)定閾值，如果該測試是肯定的，則假設(shè)加速度擾動在時間k實(shí)際為零，和/或在步驟A2.2中進(jìn)行對時間k-Ι時估計的磁性擾動的額外測試如果磁場測量結(jié)果的范數(shù)與地球磁場的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值，則執(zhí)行檢查，以確定在時間k-Ι時估計的磁性擾動的絕對值是否低于預(yù)定閾值，如果本測試是肯定的，則假設(shè)磁性擾動在時間k實(shí)際為零。該額外步驟使得能夠改善估計方法的精確度。不過，在已知估計取向可能漂移的不利的使用情況下，僅在有限的時間窗口上確保了步驟A2.1和A2.2的這些比較測試的魯棒性，所述時間窗口根據(jù)環(huán)境而不同。因此，有利地在說明書中稍后指出的時間帶上執(zhí)行比較測試。于是，使用K，、知,*表示完成預(yù)處理步驟時獲得的測量結(jié)果，它們被稱為估計的無擾動的測量結(jié)果-僅利用加速度測量結(jié)果的范數(shù)執(zhí)行固有加速度的檢測；如果在滑動時間窗口Ta的測量結(jié)果的至少一個上該范數(shù)與(^(地球重力)的范數(shù)不同，那么認(rèn)為當(dāng)前時刻的測量結(jié)果受到擾動；-通過類似方式執(zhí)行磁性擾動的檢測〇如果在滑動時間窗口Tm的測量結(jié)果的至少一個上磁性測量結(jié)果的范數(shù)與Htl(地球磁場)的范數(shù)不同〇或者，如果磁性測量結(jié)果和無擾動加速度測量結(jié)果的相反數(shù)-兄之間的角度與矢量和Htl之間的角度不同，此時，當(dāng)前時刻的測量結(jié)果受到磁性擾動。Ta可以是恒定值的參數(shù)，而Tm的值可以與運(yùn)動速度相關(guān)聯(lián)。利用可能位于同一設(shè)備上并由用戶激活的該變量，不需要查找時間k-Ι時的測量結(jié)果的值，因此消除了漂移。步驟B中使用的觀察器優(yōu)選為迅速而容易的擴(kuò)展卡爾曼濾波器。用于從在時間k時估計的測量結(jié)果估計取向的步驟B可以包括-從在時間k-Ι后驗(yàn)估計的狀態(tài)矢量估計時間k的先驗(yàn)狀態(tài)矢量，-從時間k的先驗(yàn)狀態(tài)矢量的估計(稱為測量結(jié)果的先驗(yàn)估計)來估計時間k的先驗(yàn)測量結(jié)果，-通過計算在時間k估計的無擾動測量結(jié)果和先驗(yàn)估計測量結(jié)果之間的差異來計算擴(kuò)展卡爾曼濾波器的增益并計算創(chuàng)新(innovation)，-通過用所述增益和所述創(chuàng)新校正在時間k先驗(yàn)估計的狀態(tài)矢量來計算時間k時的估計取向。所述擴(kuò)展卡爾曼濾波器中使用的狀態(tài)矢量可以包含角速度和取向四元數(shù)的元。擴(kuò)展卡爾曼濾波器中使用的狀態(tài)矢量有利地僅包含取向四元數(shù)的元，這樣能夠簡化狀態(tài)結(jié)構(gòu)和測量模型。本發(fā)明的另一主題是一種姿態(tài)控制單元，包括適于提供沿三個空間軸的加速度測量結(jié)果的模塊，測量沿三個空間軸的磁場的模塊和測量沿三個空間軸的轉(zhuǎn)速的模塊(所述模塊意在加入物體的運(yùn)動中)，以及基于所述測量模塊提供的測量結(jié)果來估計時間k時的取向的模塊，所述估計模塊包括-預(yù)處理所述加速度、磁場和轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的模塊，所述預(yù)處理模塊適于檢測所述測量結(jié)果中擾動的存在并提供估計的無擾動加速度測量結(jié)果、估計的無擾動磁性測量結(jié)果和無偏差轉(zhuǎn)速，-由觀察器從預(yù)處理模塊提供的測量結(jié)果估計時刻k時的取向的模塊。本觀察器可以是擴(kuò)展卡爾曼濾波器。根據(jù)本發(fā)明的姿態(tài)控制單元還可以包括計算控制中心的初始化期間轉(zhuǎn)速測量模塊的平均偏差的模塊。預(yù)處理模塊包括用于檢測所述加速度測量結(jié)果中固有加速度的存在的模塊和用于檢測所述磁場測量結(jié)果中磁性擾動的存在的模塊。根據(jù)本發(fā)明的姿態(tài)控制單元還可以包括估計固有加速度以及計算物體的速度和位置的模塊。有利地，適于提供沿三個空間軸的總加速度測量結(jié)果、磁場測量結(jié)果和轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的模塊為MEMS傳感器。從以下描述和附圖中將更好地理解本發(fā)明，其中-圖1是時間k時的根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，-圖2A到圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明用于預(yù)處理分別來自加速度計、速率陀螺儀和磁強(qiáng)計的測量結(jié)果的步驟的詳細(xì)流程圖。目的是獲得在空間中活動的物體的取向，例如人的取向。為此，使用姿態(tài)控制單元，其包括適于提供沿三個空間軸的總加速度、磁場和轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果的傳感器。有利地，傳感器是MEMS傳感器，其具有降低的成本價格和有限的覆蓋面積。對于加速度測量而言，例如，可以是提供每個軸上的測量結(jié)果的三軸加速度計或三個單軸加速度計。類似地，對于磁場測量而言，例如，可以是三軸磁強(qiáng)計或三個單軸磁強(qiáng)計。對于轉(zhuǎn)速測量而言，例如，可以是三個單軸速率陀螺儀，或有利地，是兩個雙軸速率陀螺儀。三個軸可以對準(zhǔn)或不對準(zhǔn)，但在后一種情況下，軸間的相對取向必須是已知的。在下文中，在描述中為了簡單起見，將把一個或多個加速度計稱為加速度計，把一個或多個磁強(qiáng)計稱為磁強(qiáng)計，把一個或多個速率陀螺儀稱為速率陀螺儀。這些傳感器附著于取向已知的物體。我們僅有測量結(jié)果y，將通過下式進(jìn)行建模'yA=~R.G0+a+vA權(quán)利要求1.一種利用物體沿三個空間軸的總加速度(yA)、磁場(yM)和轉(zhuǎn)速(ye)的測量結(jié)果來估計所述物體在時間k時在空間中的取向的方法，所述方法包括A-對時刻k時的所述測量結(jié)果(yA，yM，yG)進(jìn)行預(yù)處理，以檢測所述測量結(jié)果中擾動的存在，并估計時間k時的無擾動測量結(jié)果，其中所述擾動來自包括以下各項的組所述物體的固有加速度、增加到地球磁場的磁場以及所述轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果的偏差，B-由觀察器利用在步驟A獲得的時間k時的估計的無擾動測量結(jié)果^m,k,來估計時間k時的取向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，估計物體在時間k時在空間中的取向僅利用所述物體沿三個空間軸的所述總加速度(yA)、磁場(y)和轉(zhuǎn)速(ye)的測量結(jié)果。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A包括Al-對所述轉(zhuǎn)速(ye)的測量結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，A2-檢測所述總加速度和所述磁場的所述測量結(jié)果(yA，yM)中是否存在擾動，A3-在時間k時不存在擾動的情況下，時間k時的估計的無擾動測量結(jié)果(3^，*，yM,k)等于時間k時的測量結(jié)果，而在存在擾動的情況下，在時間k時估計的無擾動測量結(jié)果(y^k，)是基于在時間k-i時估計的取向計算的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟Al包括從轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果減去在預(yù)備初始化步驟期間確定的平均偏差(Swerage)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過在給定時間期間固定提供轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果的模塊并計算每個軸上所述轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果的值的平均值來獲得所述平均偏差八(baverage)。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟A2包括A2.1-將所述總加速度的測量結(jié)果的范數(shù)與重力場()的范數(shù)進(jìn)行比較的測試，其特征在于，如果時間k時的所述加速度的測量結(jié)果的范數(shù)與重力場(Gtl)的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值(αA)，則假設(shè)加速度擾動為零，否則假設(shè)存在擾動，在每個軸上所述擾動等于時間k時的所述總加速度的測量結(jié)果和在時間k時估計的無擾動加速度第測量結(jié)果之間的差異，A2.2-將所述磁場的測量結(jié)果的范數(shù)與所述地球磁場(Htl)的范數(shù)進(jìn)行比較的測試，其特征在于，如果所述磁場的測量結(jié)果的范數(shù)與所述地球磁場的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值(αM)，則假設(shè)磁性擾動為零，否則假設(shè)每個軸上的所述磁性擾動等于時間k時的所述磁場的測量結(jié)果和在時間k時估計的無擾動磁場的測量結(jié)果之間的差異。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟A2.1中對時間k-Ι時的估計的擾動1)進(jìn)行額外的測試如果時間k時的所述總加速度的測量結(jié)果的范數(shù)與所述重力場(G0)的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值(αΑ)，則執(zhí)行檢查，以確定時間k-Ι時的估計的加速度擾動的范數(shù)是否低于預(yù)定閾值(βA)，如果該測試是肯定的，則假設(shè)加速度擾動在時間k時實(shí)際為零，和/或在步驟A2.2中對時間k-Ι時的估計的磁性擾動(i-i)進(jìn)行額外的測試，其特征在于，如果所述磁場的測量結(jié)果的范數(shù)與所述地球磁場(Htl)的范數(shù)之間的差異的絕對值低于預(yù)定閾值(αM)，則檢查時間k-Ι時的估計的磁性擾動的絕對值是否低于預(yù)定閾值(βM)，其特征在于，如果該測試是肯定的，則假設(shè)所述磁性擾動在時間k時實(shí)際為零。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在用戶設(shè)置的時間窗口(TA，TM)上執(zhí)行步驟A2中的至少一個檢測。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過以下形式的處理進(jìn)行對所述固有加速度的檢測10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過以下形式的處理執(zhí)行對磁性擾動的檢測11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還在固有加速度的檢測的輸出處計算角度叩/e(-h，fc，;v，t)，然后通過以下形式的處理進(jìn)行對磁性擾動的檢測If存在固有加速度T=TIf對于至少一個值tk而言IIlyM,kIl-IlHJII>aM或|uk-uQ|>au，使得tke[tk-TM；12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任一項所述的方法，其特征在于，步驟B中使用的觀察器為擴(kuò)展卡爾曼濾波器。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，用于利用在時間k時估計的無擾動測量結(jié)果來估計所述取向的步驟B包括-利用在時間k-Ι時后驗(yàn)估計的狀態(tài)矢量(^w)來估計時間k時的先驗(yàn)狀態(tài)矢量(《)，-利用時間k時的先驗(yàn)狀態(tài)矢量的估計來估計時間k時的先驗(yàn)測量結(jié)果(K)，-通過計算在時間k時估計的所述無擾動測量結(jié)果和估計的所述先驗(yàn)測量結(jié)果之間的差異來計算所述擴(kuò)展卡爾曼濾波器的增益(Kk)和創(chuàng)新(Ik)，-通過用所述增益和所述創(chuàng)新對在時間k時先驗(yàn)估計的狀態(tài)矢量進(jìn)行校正來計算時間k時的估計取向(也)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)展卡爾曼濾波器中使用的狀態(tài)矢量包含角速度的元和取向四元數(shù)的元。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)展卡爾曼濾波器中使用的狀態(tài)矢量僅包含取向四元數(shù)的元。16.一種姿態(tài)控制系統(tǒng)，至少包括用于提供沿三個空間軸的加速度的測量結(jié)果(yA)的感測單元、用于測量沿三個空間軸的磁場(yM)的感測單元、用于測量沿三個空間軸的轉(zhuǎn)速(yG)的感測單元、以及用于基于所述感測單元提供的測量結(jié)果來估計時間k的取向的處理單元，所述控制系統(tǒng)包括-用于對所述加速度(yA)、磁場(y)和轉(zhuǎn)速(ye)的測量結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理以及用于提供估計的無擾動加速度測量結(jié)果(％，”、估計的無擾動磁性測量結(jié)果(”和無偏差的轉(zhuǎn)速(3^)的子單元，其中所述預(yù)處理子單元適于檢測所述測量結(jié)果中擾動的存在，所述擾動來自包括以下各項的組所述物體的固有加速度、增加到所述地球磁場的磁場以及所述轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果的偏差，-用于由觀察器利用所述預(yù)處理模塊提供的估計的無擾動加速度測量結(jié)果、估計的無擾動磁性測量結(jié)果和無偏差的轉(zhuǎn)速測量結(jié)果來估計時刻k的取向的子單元。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的姿態(tài)控制系統(tǒng)，還包括用于計算在控制系統(tǒng)的初始化步驟期間轉(zhuǎn)速測量模塊的平均偏差(^werage)的模塊。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)處理子單元包括用于檢測所述加速度的測量結(jié)果中固有加速度的存在的模塊和用于檢測所述磁場的測量結(jié)果中磁性擾動的存在的模塊。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用于檢測所述加速度的測量結(jié)果中固有加速度的存在的模塊和所述用于檢測所述磁場的測量結(jié)果中磁性擾動的存在的模塊在一個或多個時間窗口內(nèi)執(zhí)行這些檢測。20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的姿態(tài)控制系統(tǒng)，還包括用于估計所述固有加速度和所述磁性擾動并用于計算所述物體的速度和位置的模塊。21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀察器是擴(kuò)展卡爾曼濾波器。22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的姿態(tài)控制單元，其特征在于，用于提供沿三個空間軸的總加速度的測量結(jié)果(yA)、磁場的測量結(jié)果(yM)和轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果(ye)的感測單元是MEMS傳感器。全文摘要本發(fā)明涉及一種利用物體沿三個空間軸的總加速度(yA)、磁場(yM)和轉(zhuǎn)速(yG)的測量結(jié)果來估計所述物體在時間k時在空間中的取向的方法，所述方法包括A-預(yù)處理(200)時刻k時的所述測量結(jié)果(yA，yM＞yG)，以檢測所述測量結(jié)果中擾動的存在并估計時間k時的無擾動測量結(jié)果，B-由觀察器從在步驟A獲得的時間k時的無擾動測量結(jié)果(公式(II))估計時間k時的取向(公式(I))。文檔編號G01C17/38GK102308183SQ200980132305公開日2012年1月4日申請日期2009年7月17日優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日發(fā)明者A·瓦西列夫,C·巴松皮埃爾申請人:原子能和輔助替代能源委員會,莫韋公司