用于确定惯性传感器彼此间的方位角的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定在一个设备中的至少两个惯性传感器或分别具有至少一个惯性传感器的至少两个设备之间的彼此间的方位的方法，包括：a)在设备的常规运行期间接收第一惯性传感器在三个方向上的第一加速度原始数据和/或转速数据；b)与步骤a)同时，在设备的常规运行期间接收第二惯性传感器在三个方向上的第二加速度原始数据和/或转速数据；c)进行第一惯性传感器的加速度原始数据和/或转速数据与第二惯性传感器的加速原始数据和/或转速数据的时间同步，从而生成第一惯性传感器和第二惯性传感器的时间同步的加速度原始数据；d)利用时间同步的加速度原始数据计算在第一惯性传感器和第二惯性传感器之间在三个空间方向上的相对方位角。向上的相对方位角。向上的相对方位角。

【技术实现步骤摘要】
用于确定惯性传感器彼此间的方位角的方法


[0001]在此提出了一种用于估计多个惯性传感器(IMU)彼此间的方位的新方法。惯性传感器是用于测量加速度和/或转速的传感器。

技术介绍

[0002]惯性传感器用于许多不同的应用，例如手机、智能手表、健身追踪器和类似产品，但也用于高价产品和非常复杂的产品，例如车辆(特别是机动车)、船舶和飞机。
[0003]在所有应用中都会遇到如下问题，即将多个布置不同的惯性传感器的数据相互换算，将不同传感器的测量值相互比较和/或将多个惯性传感器的测量值相互换算或相互比较。
[0004]就此而言，一个核心的基本问题是获得关于不同惯性传感器彼此方位的知识。该知识是必要的，以便可相互计算不同惯性传感器的信号，并且基于此可对惯性传感器所提供的数据进行精确的数据处理。特别是由于安装不准确性和制造不准确性，通常无法先验地假定该知识。因此，如果不同的惯性传感器已相对于彼此固定地布置，然而其相对于彼此的确切布置不是已知的，则能够计算该知识(即使是后补地)是有帮助的并且对于复杂的应用来说通常也是必要的。这是必要的，特别是以便能够确定即使是很小的制造公差及其对传感器彼此的精确布置的影响。
[0005]一种已知的方法是使用所谓的移动模拟器来确定相对于彼此的布置。移动模拟器通常为一种其中可根据预定配置文件移动物体(例如手机、智能手表或其他产品等设备)的机器。移动模拟器优选地被设置为可在任何空间方向上且以任何转速来调节加速度。
[0006]当物体根据预定配置文件移动时，则不同惯性传感器的信号输出被监控和记录。利用所记录的信号输出和预定移动配置文件的认知以及所记录信号输出与作为输入数据的移动配置文件的精确时间比较，则可借助于各种数学方法(特别是迭代高斯
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牛顿方法和/或莱文贝格
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马夸特算法)来计算惯性传感器彼此的相对布置。
[0007]然而，这些方法的执行非常复杂。通常，特别是当涉及手机、智能手表或健身追踪器等价格较低的产品时，这些方法无法针对每一种单个产品来执行。对于这些产品，非常有必要分别对于整个产品系列的单个产品代表性地执行这些方法，然后通过严格遵守制造公差对于整个产品系列都确保惯性传感器相对于彼此的布置足够精确。对于个体(即对于每个所制造的单个)产品，这些方法通常仅在产品非常昂贵且复杂的情况下才执行。

技术实现思路

[0008]为此，现在提出一种至少部分地解决所述问题的可靠的新方法。
[0009]在此所述的用于确定在一个设备中的至少两个惯性传感器或分别具有一个惯性传感器的至少两个设备之间的彼此间的方位的方法包括以下步骤：
[0010]a)在设备的常规运行期间接收第一惯性传感器在三个方向上的第一加速度原始数据；
[0011]b)与步骤a)同时，在设备的常规运行期间接收第二惯性传感器在三个方向上的第二加速度原始数据；
[0012]c)进行第一惯性传感器的加速度原始数据和第二惯性传感器的加速原始数据的时间同步，从而生成第一惯性传感器和第二惯性传感器的时间同步的加速度原始数据；并且
[0013]d)利用时间同步的加速度原始数据，计算在第一惯性传感器和第二惯性传感器之间在三个空间方向上的相对方位角(φ、θ、ψ)。
[0014]所述方法的特别之处在于，在常规运行中收集用于计算相对方位角的加速度原始数据。在下文中将对此进行更详细的探讨。
[0015]用于确定惯性传感器彼此间的相对布置的移动可以例如通过车辆的行驶来进行。
[0016]必要时可以使用非常常规的(随机发生的、即不是预先计划的)行程来确定各个惯性传感器的原始数据。必要时还可以规划并执行预定的测试行程。然后，这会产生预定的移动配置文件，其决不像通过移动模拟器生成的移动配置文件那样精确，但不像通过在现场使用产品随机生成的移动配置文件那样随机。
[0017]与已知方法相比，另一本质区别在于，在此将直接确定第一惯性传感器和第二惯性传感器彼此间的相对方位角。该方法可以针对两个惯性传感器执行。然而，原则上也可以将其扩展到更多数量的惯性传感器，其中则必要时连续进行多次方法执行，其中利用所述方法分别处理惯性传感器的子集(例如每两个惯性传感器的子集)。惯性传感器可以布置在一个设备中。然而，该方法同样适用于不同设备中的惯性传感器，其中这些不同设备则优选地固定或刚性地安装在上级设备(例如车辆)中。
[0018]在例如利用所述移动模拟器执行的已知方法中，通常进行每个单独惯性传感器相对于(上级)坐标系的方位角的计算，该坐标系例如是移动模拟器的坐标系或产品或设备的移动模拟器的记录器的坐标系。
[0019]这种相对方位角实际上也可以基于在上级坐标系中每个单独惯性传感器的方位角的相加来确定。然而，这更为复杂。
[0020]特别优选的是，步骤a)中的常规运行是在针对每个单独设备独立执行的测试运行的范畴中使用成品的设备。
[0021]这例如可以是在测试跑道上使用车辆，其被执行用于测试车辆的全系列系统和设备。
[0022]此外优选的是，常规运行是终端用户对设备进行常规初始调试之后不久的设备运行阶段。
[0023]此外优选的是，常规运行是设备在其规定中的常规运行期间的任何设备运行阶段。
[0024]在此，这些不同的运行模式都被视为本专利技术意义上的常规运行。也可以考虑其他类型的常规运行。常规运行与纯测试运行应加以区别，纯测试运行专门或几乎专门被执行用于惯性传感器的测试/检测，例如利用所述移动模拟器。
[0025]优选地，在步骤d)中以两个矢量和的形式为第一惯性传感器和第二惯性传感器建立同步的加速度原始数据，并且根据以下公
式通过矩阵描述两个惯性传感器的方位：
[0026][0027]矩阵用于将第二惯性传感器的加速度原始数据换算为第一惯性传感器的坐标系。在这里所述的方法中，特别是不存在可以使得换算为上级坐标系的矩阵，而是惯性传感器彼此之间的相对方位角的计算直接基于惯性传感器自身的坐标系来进行。
[0028]两种方法的基本思想是确定两个惯性传感器彼此间的方位。数学上，方位可以利用方向余弦矩阵(DCM)来描述。方向余弦矩阵(DCM)包含欧拉角(φ,θ,ψ)，其描述了实体相对于坐标系的方位。每个惯性传感器都可被视为具有自身的体坐标系的实体。
[0029]在此，应考虑分别具有6个输出参数的两个惯性传感器的情况，即三个空间方向的3个加速度参数和空间中三个旋转方向的3个转速参数。其中一个惯性传感器被称为IMU A，另一惯性传感器被称为IMU B。
[0030]两个惯性传感器的加速度参数测量IMU A(第一惯性传感器)的比力和IMU B(第二惯性传感器)的比力此外，惯性传感器通常还能够测量转速参数。
[0031]在此所述方法的思想是基于这些比力将传感器的方位计算为矩阵DCM
[0032]假设IMU A和IMU B处于完全相同的方位，这意味着IMU A和IMU B的测量加速度彼此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定在一个设备(1)中的至少两个惯性传感器(2、3)或者分别具有至少一个惯性传感器(2、3)的至少两个设备(1)之间的彼此间的方位的方法，包括以下步骤：a)在所述设备(1)的常规运行期间接收第一惯性传感器(2)在三个方向上的第一加速度原始数据和/或转速数据；b)与步骤a)同时，在所述设备(1)的常规运行期间接收第二惯性传感器(3)在三个方向上的第二加速度原始数据和/或转速数据；c)进行所述第一惯性传感器(2)的加速度原始数据和/或转速数据与所述第二惯性传感器(3)的加速原始数据和/或转速数据的时间同步，从而生成所述第一惯性传感器(2)和所述第二惯性传感器(3)的时间同步的加速度原始数据和/或转速数据；d)利用所述时间同步的加速度原始数据和/或转速数据，计算在所述第一惯性传感器(2)和所述第二惯性传感器(3)之间在三个空间方向上的相对方位角(φ,θ,ψ)。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)中的所述常规运行是在针对每个单独设备(1)独立执行的测试运行的范畴中使用成品的设备(1)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述常规运行是终端用户对所述设备(1)进行常规初始调试之后不久的设备(1)运行阶段。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述常规运行是所述设备(1)在其规定中的常规运行期间的任何设备(1)运行阶段。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤d)中以两个矢量和的形式为所述第一惯性传感器(2)和所述第二惯性传感器(3)建立同步的加速度原始数据，并且根据以下公式通过矩阵描述两个惯性传感器(2、3)的方位：6.根据权利要求5所述的方法，其中根据下式计算与角度相关的残差向量r(φ,θ,ψ)来估...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：