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9軸陀螺儀KF系列演算法的軸向問題

對於九軸的陀螺儀我們一般會選擇用拓展卡爾曼濾波或者其他一些KF系列的演算法來融合多個感測器的資訊,在使用這些演算法的過程(包括單純移植)中我們會碰到一個很致命的問題,那就是軸向的問題,我們有三個感測器每個感測器有三個軸,這些軸的方向我們需要怎麼設定呢?

陀螺儀測量的資訊是旋轉角速度,加速度計和磁力計測量的加速度以及磁場。那麼問題來了加速度計和磁力計還好理解,陀螺儀的角速度的軸向怎麼理解呢?

先看角速度,角速度在我們的演算法裡是怎麼處理?拿來構成四元數微分方程,在通過求解微分方程來得到四元數,最後用得到的四元數來描述旋轉。再往看四元數,四元數是由旋轉角度以及旋轉軸的單位向量來構成的。旋轉的描述的本質是什麼,對旋轉座標轉換矩陣的描述,座標轉換矩陣的軸方向必須與四元數的旋轉軸的單位向量的座標軸同向。

再讓我們看看加速度計以及磁力計,加速度計以及磁力計的測量值其實我們可以用座標來理解。這些座標時什麼呢?是兩個初始座標經過旋轉座標轉換矩陣轉換後得到的座標,所以這兩個座標的座標軸需要與旋轉座標轉換矩陣同向。

回到最後我們的結論是什麼呢?所以感測器的座標軸的軸向必須與我們定的旋轉座標轉換矩陣的座標系同向。

上面是個人在開發陀螺儀時的一些思考,如有問題歡迎指出。