惯性测量模块及其惯性测量方法技术

一种惯性测量模块及其惯性测量方法，该惯性测量模块具有深度测量单元及惯性数据运算单元。于惯性测量模块运动时，由深度测量单元持续对外部环境进行深度测量，并得到多个检测点的坐标变化值。接着，由惯性数据运算单元对坐标变化值进行转换运算，以得到惯性测量模块因运动所生的惯性数据，其中惯性数据包括惯性测量模块于三轴上的旋转角度与位移量。最后，惯性测量模块输出惯性数据。本发明专利技术还公开了该惯性测量模块的惯性测量方法。本发明专利技术通过对深度测量单元的测量数值进行运算以获得惯性数据，可得到比一般惯性测量装置更为准确且不易受到干扰的测量结果。

Inertial measurement module and inertial measurement method thereof

An inertial measurement module and an inertial measurement method thereof, wherein the inertial measurement module has a depth measuring unit and an inertial data computing unit. When the inertial measurement module moves, the depth measurement unit continuously carries out the depth measurement of the external environment, and obtains the coordinate change values of the plurality of detection points. Then, from the inertial data calculation unit of coordinate change value conversion operation, in order to obtain the data of inertial inertial measurement module for motion, the inertial data including rotation inertial measurement module to the three shaft and displacement. Finally, the inertial measurement module outputs inertial data. The invention also discloses an inertial measuring method of the inertial measurement module. The invention obtains the inertial data by calculating the measurement data of the depth measuring unit, and obtains the measurement result more accurate than the general inertial measuring device and is not easily disturbed.

【技术实现步骤摘要】
惯性测量模块及其惯性测量方法
本专利技术涉及一种测量模块及测量方法，特别是一种惯性测量模块及惯性测量方法。
技术介绍
为了记录电子装置的运动状态，并为电子装置进行定位，现有的电子装置通常配置有惯性测量装置，用以测量电子装置的惯性数据。常见的惯性测量装置例如加速度计与陀螺仪，可用以测量电子装置于三轴上的运动加速度与旋转角度等惯性数据。然而，现有的惯性测量装置在测量行为上实受到很多的限制，例如，陀螺仪必须感测地磁信号才能够产生角度变化数据。具体地，现有陀螺仪必须在可以稳定地感测地磁信号的环境下才能够运作，当地磁信号不稳定时(例如受到周遭的其他电子零件或是外在的环境磁场变化的影响)，陀螺仪测量所得的惯性数据将会相当不准确。另外，当无法感测地磁信号时(例如位于太空中)，陀螺仪甚至无法感测惯性数据。另外，现有的惯性测量装置皆是被动式元件，例如陀螺仪是被动地感测地磁信号。因此，惯性数据的准确率会随着地磁信号的强度变化而改变，使用者无法通过对惯性测量装置的调整来提高惯性数据的准确率。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题本专利技术提供一种惯性测量模块及其惯性测量方法，可通过外部环境相对于本体的深度信息来运算本体因运动而生的惯性数据，借此得到比一般惯性测量装置更为准确且不易受到干扰的测量结果。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种惯性测量模块，包括：一深度测量单元，于一时间区间内持续对一外部环境进行深度测量，以得到该外部环境中的多个检测点于该时间区间内的坐标变化值；及一惯性数据运算单元，连接该深度测量单元，对该多个检测点的坐标变化值进行一转换运算以得到该惯性测量模块于该时间区间中运动而生的一惯性数据，并且输出该惯性数据，其中该惯性数据包括一旋转角度及一位移量。如上所述，其中该深度测量单元包括：一信号发送单元，于该时间区间内持续对该外部环境发送一测量信号；一信号接收单元，于该时间区间内持续接收该外部环境针对该测量信号的一反射信号；及一处理单元，连接该信号发送单元及该信号接收单元，驱动该信号发送单元发送该测量信号，通过该信号接收单元接收该反射信号，并依据该反射信号判断该多个检测点的坐标变化值。如上所述，其中该惯性数据运算单元包括：一转换单元，由该深度测量单元接收该多个检测点的坐标变化值，并对该多个检测点的坐标变化值进行该转换运算以得到该惯性数据；及一输出单元，输出该转换单元计算产生的该惯性数据。如上所述，其中深度测量单元为可调整该测量信号的发送功率的一主动式感测器。如上所述，其中该深度测量单元为雷达深度感测器或光学深度感测器。如上所述，其中该惯性数据运算单元通过一转换公式将该多个检测点的坐标变化值转换为该惯性数据：Pit2＝R(Pit1)+D,Pit1＝[P1t1～Pnt1],Pit2＝[P1t2～Pnt2],n≥4；其中Pit1为该多个检测点中的一特定检测点于一第一时间的坐标数据，Pit2为该特定检测点于一第二时间的坐标数据，n为该多个检测点的数量，R为包含多个该旋转角度的一旋转矩阵，D为包含多个该位移量的一位移矩阵。如上所述，其中该惯性数据运算单元通过一第一公式、一第二公式、一第三公式、一第四公式、一第五公式及一第六公式计算该惯性数据，其中：该第一公式为：其中为该多个检测点于一第一时间的一第一质量中心，Pit1为各该检测点于该第一时间的坐标数据，N为该多个检测点的数量；该第二公式为：其中为该多个检测点于一第二时间的一第二质量中心，Pit2为各该检测点于该第二时间的坐标数据，N为该多个检测点的数量；该第三公式为：其中H为一协方差矩阵，Pit1为各该检测点于该第一时间的坐标数据，为该第一质量中心，Pit2为各该检测点于该第二时间的坐标数据，为该第二质量中心，N为该多个检测点的数量，T为矩阵转置(Transpose)；该第四公式为：[U,S,V]＝SVD(H)；其中SVD为奇异值分解运算，H为该协方差矩阵，U、S、V分别为奇异值分解运算产生的三个矩阵；该第五公式为：R＝UVT；其中R为包含多个该旋转角度的一旋转矩阵；该第六公式为：其中D为包含多个该位移量的一位移矩阵，R为该旋转矩阵，为该第一质量中心，为该第二质量中心。为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种惯性测量方法，运用于具有一深度测量单元及一惯性数据运算单元的一惯性测量模块，该惯性测量方法包括：a)通过该深度测量单元的一信号发送单元于一时间区间内持续对一外部环境发送一测量信号，其中该测量信号用于对该外部环境中的多个检测点进行深度测量；b)通过该深度测量单元的一信号接收单元于该时间区间内持续接收该外部环境针对该测量信号的一反射信号；c)该深度测量单元的一处理单元依据该反射信号判断该多个检测点于该时间区间内的坐标变化值；d)通过该惯性数据运算单元对该多个检测点的坐标变化值进行一转换运算，以取得该惯性测量模块于该时间区间中运动而生的一惯性数据，其中该惯性数据包括一旋转角度及一位移量；及e)输出该惯性数据。如上所述，其中该步骤d是通过一转换公式进行该转换运算：Pit2＝R(Pit1)+D,Pit1＝[P1t1～Pnt1],Pit2＝[P1t2～Pnt2],n≥4；其中Pit1为该多个检测点中的一特定检测点于一第一时间的坐标数据，Pit2为该特定检测点于一第二时间的坐标数据，n为该多个检测点的数量，R为包含多个该旋转角度的一旋转矩阵，D为包含多个该位移量的一位移矩阵。如上所述，其中该步骤d包括下列步骤：d1)计算该多个检测点于一第一时间的一第一质量中心；d2)计算该多个检测点于一第二时间的一第二质量中心；d3)依据该多个检测点的坐标变化值、该第一质量中心及该第二质量中心计算一协方差矩阵；d4)对该协方差矩阵进行奇异值分解运算，以得到一U矩阵、一S矩阵及一V矩阵；d5)依据该U矩阵与该V矩阵计算包含多个该旋转角度的一旋转矩阵；及d6)依据该旋转矩阵、该第一质量中心及该第二质量中心计算包含多个该位移量的一位移矩阵。如上所述，其中该步骤d1通过一第一公式计算该第一质量中心：其中为该第一质量中心，Pit1为各该检测点于该第一时间的坐标数据，N为该多个检测点的数量；该步骤d2通过一第二公式计算该第二质量中心：其中为该第二质量中心，Pit2为各该检测点于该第二时间的坐标数据，N为该多个检测点的数量。如上所述，其中该步骤d3通过一第三公式计算该协方差矩阵：其中H为该协方差矩阵，Pit1为各该检测点于该第一时间的坐标数据，为该第一质量中心，Pit2为各该检测点于该第二时间的坐标数据，为该第二质量中心，N为该多个检测点的数量，T为矩阵转置(Transpose)。如上所述，其中该步骤d4通过一第四公式计算该U矩阵、该S矩阵及该V矩阵：[U,S,V]＝SVD(H)；其中SVD为奇异值分解运算，H为该协方差矩阵。如上所述，其中该步骤d5通过一第五公式计算该旋转矩阵：R＝UVT；其中R为该旋转矩阵。如上所述，其中该步骤d6通过一第六公式计算该位移矩阵：其中D为该位移矩阵，R为该旋转矩阵，为该第一质量中心，为该第二质量中心。本专利技术相对于现有技术所能达到的技术功效在于，通过对深度测量单元的测量数值的转换运算以得到惯性数据，可避免产生一般的惯性测量装置在进行测量时，容易受到地磁信号的强弱，或是周遭的其他电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性测量模块，其特征在于，包括：一深度测量单元，于一时间区间内持续对一外部环境进行深度测量，以得到该外部环境中的多个检测点于该时间区间内的坐标变化值；及一惯性数据运算单元，连接该深度测量单元，对该多个检测点的坐标变化值进行一转换运算以得到该惯性测量模块于该时间区间中运动而生的一惯性数据，并且输出该惯性数据，其中该惯性数据包括一旋转角度及一位移量。

【技术特征摘要】
1.一种惯性测量模块，其特征在于，包括：一深度测量单元，于一时间区间内持续对一外部环境进行深度测量，以得到该外部环境中的多个检测点于该时间区间内的坐标变化值；及一惯性数据运算单元，连接该深度测量单元，对该多个检测点的坐标变化值进行一转换运算以得到该惯性测量模块于该时间区间中运动而生的一惯性数据，并且输出该惯性数据，其中该惯性数据包括一旋转角度及一位移量。2.根据权利要求1所述的惯性测量模块，其特征在于，该深度测量单元包括：一信号发送单元，于该时间区间内持续对该外部环境发送一测量信号；一信号接收单元，于该时间区间内持续接收该外部环境针对该测量信号的一反射信号；及一处理单元，连接该信号发送单元及该信号接收单元，驱动该信号发送单元发送该测量信号，通过该信号接收单元接收该反射信号，并依据该反射信号判断该多个检测点的坐标变化值。3.根据权利要求2所述的惯性测量模块，其特征在于，该惯性数据运算单元包括：一转换单元，由该深度测量单元接收该多个检测点的坐标变化值，并对该多个检测点的坐标变化值进行该转换运算以得到该惯性数据；及一输出单元，输出该转换单元计算产生的该惯性数据。4.根据权利要求2所述的惯性测量模块，其特征在于，深度测量单元为可调整该测量信号的发送功率的一主动式感测器。5.根据权利要求4所述的惯性测量模块，其特征在于，该深度测量单元为雷达深度感测器或光学深度感测器。6.根据权利要求2所述的惯性测量模块，其特征在于，该惯性数据运算单元通过一转换公式将该多个检测点的坐标变化值转换为该惯性数据：Pit2＝R(Pit1)+D,Pit1＝[P1t1～Pnt1],Pit2＝[P1t2～Pnt2],n≥4；其中Pit1为该多个检测点中的一特定检测点于一第一时间的坐标数据，Pit2为该特定检测点于一第二时间的坐标数据，n为该多个检测点的数量，R为包含多个该旋转角度的一旋转矩阵，D为包含多个该位移量的一位移矩阵。7.根据权利要求2所述的惯性测量模块，其特征在于，该惯性数据运算单元通过一第一公式、一第二公式、一第三公式、一第四公式、一第五公式及一第六公式计算该惯性数据，其中：该第一公式为：其中为该多个检测点于一第一时间的一第一质量中心，Pit1为各该检测点于该第一时间的坐标数据，N为该多个检测点的数量；该第二公式为：其中为该多个检测点于一第二时间的一第二质量中心，Pit2为各该检测点于该第二时间的坐标数据，N为该多个检测点的数量；该第三公式为：其中H为一协方差矩阵，Pit1为各该检测点于该第一时间的坐标数据，为该第一质量中心，Pit2为各该检测点于该第二时间的坐标数据，为该第二质量中心，N为该多个检测点的数量，T为矩阵转置；该第四公式为：[U,S,V]＝SVD(H)；其中SVD为奇异值分解运算，H为该协方差矩阵，U、S、V分别为奇异值分解运算产生的三个矩阵；该第五公式为：R＝UVT；其中R为包含多个该旋转角度的一旋转矩阵；该第六公式为：其中D为包含多个该位移量的一位移矩阵，R为该旋转矩阵，为该第一质量中心，为该第二质量中心。8.一种惯性测量方法，运用于一惯性测量模...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴政远，
申请(专利权)人：积晟电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71