一種基于慣性傳感器的航向角獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于慣性傳感器的航向角獲取方法，首先使用陀螺儀和磁力計(jì)的測量值單獨(dú)計(jì)算航向角，然后對這兩種結(jié)果加權(quán)融合。在利用陀螺儀求航向角時(shí)，對陀螺儀測得的載體坐標(biāo)系下z軸方向角速度進(jìn)行積分，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的總角速度值與閾值的大小關(guān)系判斷是否進(jìn)行積分；在利用磁力計(jì)計(jì)算航向角時(shí)，將地理坐標(biāo)系的水平面劃分為8個(gè)象限，并將磁力計(jì)測得的磁場強(qiáng)度值投影到該水平面上，根據(jù)水平面軸與軸方向上的磁場強(qiáng)度分量對應(yīng)到具體的象限，在每個(gè)象限采用不同的修正因子對現(xiàn)有的航向角計(jì)算公式進(jìn)行修正。最后，利用角速度的方差值設(shè)置加權(quán)系數(shù)，對這兩種方法求得的航向角進(jìn)行融合。本發(fā)明能夠獲得更加準(zhǔn)確的航向角值，從而使定位的精度更高。
【專利說明】一種基于慣性傳感器的航向角獲取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線定位【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于慣性傳感器的航向角獲取方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展使人們對定位服務(wù)的需求不斷增長。目前應(yīng)用比較廣 泛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎能夠做到全球覆蓋，然而，由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號穿透能力較弱， 在城市峽谷以及室內(nèi)等復(fù)雜的環(huán)境中，其信號能量和接受信噪比都比普通環(huán)境中有很大程 度的惡化，信號的可用性和總體性能都大大下降，接收機(jī)定位精度很差，甚至無法定位。因 而如何在室內(nèi)提供一種比較精確的定位方法成為目前比較急迫的需求之一。
[0003] 慣性導(dǎo)航技術(shù)作為應(yīng)運(yùn)而生的一種室內(nèi)定位技術(shù)，其結(jié)合行人航跡推算（PDR， Pedestrian Dead Reckoning)算法，經(jīng)過步伐檢測、步長估計(jì)、航向角計(jì)算三個(gè)步驟，能夠 對室內(nèi)行人進(jìn)行比較準(zhǔn)確的定位。其中，航向角一般可以通過陀螺儀測得的角速度或者磁 力計(jì)測得的磁場強(qiáng)度經(jīng)過計(jì)算得到，使用陀螺儀進(jìn)行角速度積分求航向角，短時(shí)間內(nèi)能夠 取得比較準(zhǔn)確的結(jié)果，但隨著時(shí)間的推移會(huì)存在比較大的累積誤差；使用磁力計(jì)求航向角， 會(huì)存在硬件自身固有偏差，以及測量得到的磁場強(qiáng)度不穩(wěn)定等問題，這些都會(huì)導(dǎo)致航向角 的誤差，從而影響定位的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種能夠有效提 高獲取到的航向角的準(zhǔn)確度的基于慣性傳感器的航向角獲取方法


【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] ：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于慣性傳感器的航向角獲 取方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟10 :采用陀螺儀測量載體坐標(biāo)系三軸向上的角速度；根據(jù)測得的角速度獲取 此刻的載體的航向角；
[0007] 步驟20 :采用磁力計(jì)測量載體所在的磁場強(qiáng)度值，根據(jù)測得的磁場強(qiáng)度值獲取此 刻的載體的航向角；
[0008] 步驟30 :將步驟10和步驟20獲得的航向角進(jìn)行加權(quán)融合獲得最后的航向角。
[0009] 進(jìn)一步，所述步驟10中獲得載體的航向角的方法為：
[0010] 步驟101 :設(shè)定總角速度閥值W = m · g，其中，m = 0.001?0.002, g為重力加速 度；
[0011] 步驟102 :將陀螺儀測得的載體坐標(biāo)系三個(gè)軸向上的角速度值求取總角速度值， 將獲得的總角速度值與步驟101中設(shè)定的總角速度閥值進(jìn)行比較，如果總角速度值大于總 角速度閥值，對載體坐標(biāo)系z軸方向上的角速度值進(jìn)行時(shí)間上的積分得到此時(shí)載體的航向 角。
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟20中獲得載體的航向角的方法為：
[0013] 步驟201 :將地理坐標(biāo)系水平面劃分為8個(gè)象限；
[0014] 步驟202 :在每個(gè)象限中等間隔選取η個(gè)角度，η個(gè)角度值為(外屬2將磁 力計(jì)水平擺放朝向這η個(gè)角度，分別測量在不同角度時(shí)，水平面上X軸與y軸方向上的磁場 強(qiáng)度值和;
[0015] 步驟203 :根據(jù)公式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于慣性傳感器的航向角獲取方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟10 :采用陀螺儀測量載體坐標(biāo)系三軸向上的角速度；根據(jù)測得的角速度獲取此刻 的載體的航向角； 步驟20 :采用磁力計(jì)測量載體所在的磁場強(qiáng)度值，根據(jù)測得的磁場強(qiáng)度值獲取此刻的 載體的航向角； 步驟30 :將步驟10和步驟20獲得的航向角進(jìn)行加權(quán)融合獲得最后的航向角。
2. 根據(jù)權(quán)利要1所述的基于慣性傳感器的航向角獲取方法，其特征在于：所述步驟10 中獲得載體的航向角的方法為： 步驟101 :設(shè)定總角速度閥值W = m · g，其中，m = 0. 001?0. 002, g為重力加速度； 步驟102 :將陀螺儀測得的載體坐標(biāo)系三個(gè)軸向上的角速度值求取總角速度值，將獲 得的總角速度值與步驟101中設(shè)定的總角速度閥值進(jìn)行比較，如果總角速度值大于總角速 度閥值，對載體坐標(biāo)系z軸方向上的角速度值進(jìn)行時(shí)間上的積分得到此時(shí)載體的航向角。
3. 根據(jù)權(quán)利要1所述的基于慣性傳感器的航向角獲取方法，其特征在于：所述步驟20 中獲得載體的航向角的方法為： 步驟201 :將地理坐標(biāo)系水平面劃分為8個(gè)象限； 步驟202 :在每個(gè)象限中等間隔選取η個(gè)角度，η個(gè)角度值為...，％,)?將磁力計(jì) 水平擺放朝向這η個(gè)角度，分別測量在不同角度時(shí)，水平面上X軸與y軸方向上的磁場強(qiáng)度 值和、； 步驟203 :根據(jù)公式
計(jì)算11個(gè)角度真實(shí)值(臀,>, |，貧>|2,...,@_);計(jì)算11個(gè)角度 值與真實(shí)值之間的差值為
步驟204 :根據(jù)公式
計(jì)算第d個(gè)象限的修正因子Qd，其中，q k為第k個(gè)角度 的角度值與真實(shí)值之間的差值； 步驟205 :在每個(gè)象限中分別采用每個(gè)象限對應(yīng)的修正因子對航向角進(jìn)行修正。
4. 根據(jù)權(quán)利要1所述的基于慣性傳感器的航向角獲取方法，其特征在于：所述步驟30 中通過加權(quán)融合獲得最后的航向角的方法為： 步驟301 :設(shè)定長度為
·的滑動(dòng)窗口，其中，T為陀螺儀的數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔，以 秒為單位； 步驟302 :將陀螺儀每次測量得到新的載體坐標(biāo)系z軸方向的角速度值wzi時(shí)，將最新 測量得到的值加入到窗口的最末端，并將窗口內(nèi)最先得到的值移除； 步驟303 :計(jì)算求得此時(shí)窗口內(nèi)所有角速度值的方差為，利用所得方差值設(shè)置加權(quán) 系數(shù)'
為陀螺儀測量得到的航向角的加權(quán)系數(shù)， kram為磁力計(jì)測量得到的航向角的加權(quán)系數(shù)； 步驟304 :根據(jù)公式
^獲得最終的航向角，其中，為最終的航 向角，ftr為陀螺儀測量得到的航向角，為磁力計(jì)測量得到的航向角。
【文檔編號】G01C21/16GK104121905SQ201410364663
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】夏瑋瑋, 朱亞萍, 沈連豐, 賈子彥, 張瑞, 章躍躍 申請人:東南大學(xué)