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關於陀螺儀 加速度計 磁感測器 與 互補濾波

        前言:在人們普遍認知中,陀螺儀是一個相當大的玩具,與應用在手機、航空航天、航海等技術中的陀螺儀完全不同,那麼陀螺儀在手機等硬體設施中是怎樣運作的,與人們日常生活的認知有何不同?與加速度計、磁感測器有什麼關係?下面作簡要解釋,本文僅代表個人通過學習認知的愚見,如有不實,煩請斧正。

一.陀螺儀:

1.陀螺儀檢視

(圖片來源  https://www.maigoo.com/goomai/239496.html

 

 

 

1.工作形式及原理

在現實世界中,“玩具”陀螺儀是通過角動量變化以及定軸的原理來獲取姿態角,定軸即在改變陀螺儀內外環時轉子始終以旋轉軸為軸心旋轉。在手機等設施中,陀螺儀是以電容為載體,通過感應變化從而獲取手機姿態,可應用在遊戲、指南針等領域。可以通過積分得到三維角度關係。

2.優缺點

①動態效能好

②受外部干擾較小

③測量值隨時間變化大

④出現零飄現象,低頻段訊號不好

二.加速度計、磁感測器

1.優缺點

①易受外部干擾

②測量值隨時間變化小

③結合兩者可以得到三維角度關係b

三.互補濾波

結合上述可知 短時間採用陀螺儀(濾低頻通高頻)得到的角度最優,較長時間誤差較大,而對於加速度計(濾高頻通低頻)而言,時間較短時的測量值不是很準確,所以將兩者結合採用互補的方式就能得到較理想的結果。

所以在計算互補濾波公式的時候,增大加速度計此時的比重,繼而形成互補。

但是利用陀螺儀得到的yaw角是不太準確的,個人理解為動作角度變化較小,所以測量值不準確,配合磁感測會有更好的效果。