本发明专利技术涉及一种水平姿态测量方法、系统、处理设备及存储介质，其特征在于，包括：将MIMU放置于载体上，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角；进行载体的静止状态判断，并根据MIMU内加速度计的输出数据，实时计算进入静止状态的载体水平姿态角和载体的噪声动态观测方差阵；根据获取的姿态角和实时计算的水平姿态角，实时确定载体的失准角；根据载体的噪声动态观测方差阵和失准角，确定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的载体姿态角；对更新后的载体姿态角和进入静止状态的载体水平姿态角进行融合，确定载体的水平姿态角，本发明专利技术可以广泛应用于惯性技术领域中。术领域中。术领域中。
【技术实现步骤摘要】
一种水平姿态测量方法、系统、处理设备及存储介质
[0001]本专利技术涉及惯性
，特别是关于一种水平姿态测量方法、系统、处理设备及存储介质。
技术介绍
[0002]MIMU(Micro Inertial Measurement Unit，微惯性测量单元)由于其自身小体积、低功耗、低成本等特点，已经成为小型无人机、无人车、微型稳定平台以及人体可穿戴式智能化设备的首选器件，应用于姿态测量及导航定位。目前，应用于MIMU测姿的方法主要是利用MIMU内加速度计的精度和稳定性远高于陀螺器件水准的特点，在考虑载体运动过程中的静止或准静止状态下，通过互补滤波等方法融合陀螺的解算姿态和加速度计的估计姿态，达到提升载体水平姿态的测量精度。
[0003]但是，目前采用互补滤波方法进行融合时，对于不同姿态的权重设置仅依靠经验值，或者基于加速度计幅值的一阶线性关系，不能更为准确地评估加速度计水平姿态估计的精度。因此，需要一种能够实时动态地计算加速度计水平姿态的估计精度的方法，从而更为准确的进行姿态融合解算。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种水平姿态测量方法、系统、处理设备及存储介质，能够实时动态地计算加速度计水平姿态的估计精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：第一方面，提供一种水平姿态测量方法，包括：
[0006]将MIMU放置于载体上，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角；
[0007]根据MIMU内加速度计的输出数据，实时计算进入静止状态的载体水平姿态角和载体的噪声动态观测方差阵；
[0008]根据获取的姿态角和实时计算的水平姿态角，实时确定载体的失准角；
[0009]根据载体的噪声动态观测方差阵和失准角，确定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的载体姿态角；
[0010]对更新后的载体姿态角和进入静止状态的载体水平姿态角进行融合，确定载体的水平姿态角。
[0011]进一步地，所述将MIMU放置于载体上，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角，包括：
[0012]将MIMU放置于载体上，获取MEMS陀螺的初始零偏；
[0013]采用四元数姿态更新方法，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角包括横滚角俯仰角和航向角
[0014]进一步地，所述根据MIMU内加速度计的输出数据，实时计算进入静止状态的载体
水平姿态角和载体的噪声动态观测方差阵，包括：
[0015]根据MIMU内加速度计的输出数据和加速度计输出幅值阈值范围，进行载体的静止状态判断；
[0016]当载体进入静止状态时，根据加速度计的输出数据，实时计算载体的水平姿态角；
[0017]根据加速度计输出的水平姿态方差，实时确定噪声动态观测方差阵。
[0018]进一步地，所述根据MIMU内加速度计的输出数据和加速度计输出幅值阈值范围，进行载体的静止状态判断，包括：
[0019]设定三轴加速度计的输出为其中，b为载体坐标系，和分别为x轴、y轴、z轴加速度计的输出，取前右下坐标投影，导航系n系选择北东地坐标；
[0020]设定加速度计输出幅值的阈值范围：
[0021][0022]其中，g为重力加速度的值；k为阈值系数；为加速度计的输出含有误差；为三轴加速度计的输出模值。
[0023]进一步地，所述根据加速度计输出的水平姿态方差，实时确定噪声动态观测方差阵，包括：
[0024]根据加速度计输出的噪声方差，采用下述模型，实时动态确定水平姿态角的方差：
[0025][0026]其中，D(φ
N
)、D(φ
E
)为水平姿态角的方差；为加速度计输出的噪声方差；
[0027]根据实时动态确定的水平姿态角的方差，实时确定噪声动态观测方差阵
[0028][0029]其中，V
k
为k时刻的噪声；V
j
为j时刻的噪声；δ
kj
为狄拉克函数，R
k
为航向失准角的方差D(φ
D
)以及实时动态确定的水平姿态角的方差D(φ
N
)和D(φ
E
)：
[0030][0031]进一步地，所述根据获取的姿态角和实时计算的水平姿态角，实时确定载体的失准角，包括：
[0032]根据载体的姿态角和进入静止状态的载体水平姿态角，确定水平参考姿态的欧拉角；
[0033]采用旋转矢量计算方法，根据水平参考姿态的欧拉角和载体的姿态角，获取载体的水平失准角；
[0034]将获取的载体姿态角中的航向角和判断静止初始时刻的航向角的差值作为载体的航向失准角。
[0035]进一步地，所述根据噪声动态观测方差阵和载体的失准角，确定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的载体姿态角，包括：
[0036]采用KF滤波方法，根据噪声动态观测方差阵和载体的失准角，确定MIMU的陀螺零偏；
[0037]采用四元数姿态更新方法，根据MIMU的陀螺零偏，得到更新后的载体姿态角。
[0038]第二方面，提供一种水平姿态测量系统，包括：
[0039]姿态解算模块，用于根据载体的初始姿态，对放置于载体上的MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角；
[0040]噪声动态观测方差阵计算模块，用于根据MIMU内加速度计的输出数据，实时计算进入静止状态的载体水平姿态角和载体的噪声动态观测方差阵；
[0041]失准角计算模块，用于根据获取的姿态角和实时计算的水平姿态角，实时确定载体的失准角；
[0042]陀螺零偏计算模块，用于根据载体的噪声动态观测方差阵和失准角，确定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的载体姿态角；
[0043]融合模块，用于对更新后的载体姿态角和进入静止状态的载体水平姿态角进行融合，确定载体的水平姿态角。
[0044]第三方面，提供一种处理设备，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理设备执行时用于实现上述水平姿态测量方法对应的步骤。
[0045]第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述水平姿态测量方法对应的步骤。
[0046]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0047]1、本专利技术建立实时动态方差估计模型，可以准确评估由加速度计进行水平姿态估计的精度，可以为加速度计估计的水平姿态应用提供精度衡量。
[0048]2、本专利技术通过实时动态方差估计，将KF滤波和互补滤波有效结合，实现两层互补，且互补系数的设定不需要再依据经验值或是简单的线性估计，而是更为精准的实时权重分配，能够进一步提升水平姿态的估计精度以及减弱环境震动所来的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水平姿态测量方法，其特征在于，包括：将MIMU放置于载体上，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角；根据MIMU内加速度计的输出数据，实时计算进入静止状态的载体水平姿态角和载体的噪声动态观测方差阵；根据获取的姿态角和实时计算的水平姿态角，实时确定载体的失准角；根据载体的噪声动态观测方差阵和失准角，确定MIMU的陀螺零偏，并得到更新后的载体姿态角；对更新后的载体姿态角和进入静止状态的载体水平姿态角进行融合，确定载体的水平姿态角。2.如权利要求1所述的一种水平姿态测量方法，其特征在于，所述将MIMU放置于载体上，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角，包括：将MIMU放置于载体上，获取MEMS陀螺的初始零偏；采用四元数姿态更新方法，根据载体的初始姿态，对MIMU的陀螺输出数据进行姿态解算，获取载体的姿态角包括横滚角俯仰角和航向角3.如权利要求1所述的一种水平姿态测量方法，其特征在于，所述根据MIMU内加速度计的输出数据，实时计算进入静止状态的载体水平姿态角和载体的噪声动态观测方差阵，包括：根据MIMU内加速度计的输出数据和加速度计输出幅值阈值范围，进行载体的静止状态判断；当载体进入静止状态时，根据加速度计的输出数据，实时计算载体的水平姿态角；根据加速度计输出的水平姿态方差，实时确定噪声动态观测方差阵。4.如权利要求3所述的一种水平姿态测量方法，其特征在于，所述根据MIMU内加速度计的输出数据和加速度计输出幅值阈值范围，进行载体的静止状态判断，包括：设定三轴加速度计的输出为其中，b为载体坐标系，和分别为x轴、y轴、z轴加速度计的输出，取前右下坐标投影，导航系n系选择北东地坐标；设定加速度计输出幅值的阈值范围：其中，g为重力加速度的值；k为阈值系数；为加速度计的输出含有误差；为三轴加速度计的输出模值。5.如权利要求3所述的一种水平姿态测量方法，其特征在于，所述根据加速度计输出的水平姿态方差，实时确定噪声动态观测方差阵，包括：根据加速度计输出的噪声方差，采用下述模型，实时动态确定水平姿态角的方差：
其中，D(φ
N
)、D(φ
E
)为水平姿态角的方差；为加速度计输出的噪声方差；根据实时动态确定的水平姿态角的方差，实时确定噪声动态观测方差阵根据实时动态确定的水平姿态角的方差，实时确...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭美风，杨海军，王成宾，李新，陈建强，石耿修，梁弘毅，
申请(专利权)人：上海塞嘉电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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