惯性测量单元和操作测量单元的方法技术

本发明专利技术涉及一种惯性测量单元(1)，用于根据施加在惯性测量单元上的力或运动来提供输出传感器数据，包括：传感器单元(2)，包括一个或多个用于检测运动的传感器元件(21)；滤波单元(4)，包括一个或多个滤波器元件(41a，41b)，其中滤波单元(4)被配置成根据多个滤波器参数对传感器数据应用一个或多个滤波器元件(41a，41b)；滤波器参数单元(5)，包括数据驱动的滤波器参数模型，用于响应于从多个传感器元件(21)获得的传感器数据向滤波单元(4)提供多个滤波器参数。器参数。器参数。

【技术实现步骤摘要】
惯性测量单元和操作测量单元的方法


[0001]本专利技术涉及用于在一个或多个维度上测量惯性(线性(平移)加速度)、角速度和/或角加速度的惯性测量单元(inertial measurement units,IMU)。本专利技术特别是涉及多个惯性测量单元，其具有原始传感器信号的预处理，其中预处理包括数据清理(data cleaning)、滤波(filtering)等。

技术介绍

[0002]IMU应用于各种应用中，例如用于倾斜传感器、移动设备中的导航目的等。特别是，IMU通常用于车辆中使用的制导系统中，其中制导系统为导航提供了独立和替代的来源。
[0003]标准IMU可以通过基于MEMS的系统来实现，并且通常包括基于弹簧偏置质量的传感器单元，其中弹簧偏置质量被电容地耦合以根据施加在其上的运动感应力(例如惯性力或向心力)提供一可变电容输出。传统上来说，可变电容用来测量以提供例如以电压信号形式呈现的原始传感器数据。
[0004]通常，由传感器单元提供的传感器信号是原始传感器信号。由于传感器单元的感测在宽范围的物理条件下是敏感的，例如温度、环境压力、机械应力、磁场/电磁场等，因此必须对原始传感器信号进行预处理，以获得可用于下游应用的清洁传感器信号。因此，在非常接近的情况下，补偿和/或滤波单元与传感器单元耦合，以允许对原始传感器信号进行校准、重新校准和/或过滤。由于预处理通常可以包括对原始传感器信号的补偿，这允许校正感测单元的未对准，并且用于应用比例因子和偏移来校正感测失配。这种补偿可以由补偿表来定义，以存储相关的补偿参数。
[0005]此外，预处理可以包括对原始传感器信号进行滤波，特别是为了减少或消除诸如来自高频振动等的动态影响。滤波器可以通过滤波器参数来参数化。通常，补偿表和滤波器参数是通过校准来确定的，然而，由于传感器信号的测量对周围物理条件的高灵敏度，在所有操作情况下都不能获得准确的传感器信号。
[0006]本专利技术的目的是提供一种改良的惯性测量单元，即使在可变的操作条件下也能获得准确的测量结果。

技术实现思路

[0007]这个目的已经通过根据权利要求1的具有自适应滤波的惯性测量单元、通过根据另外的独立权利要求的用于操作惯性测量单元的方法、通过用于要在惯性测量单元中应用的滤波器参数模型的训练方法来实现。
[0008]在从属权利要求中指出了进一步的实施例。
[0009]根据第一方面，提供了一种用于根据施加在惯性测量单元上的运动来提供输出传感器数据的惯性测量单元，包括：
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传感器单元，包括一个或多个运动传感器元件，其被配置成基于与运动相关的力来检测运动，并基此提供传感器数据；
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滤波单元，包括一个或多个滤波器元件，其中滤波单元被配置成根据多个滤波器参数对传感器数据上应用一个或多个滤波器，特别是基于过滤的传感器数据提供输出传感器数据；
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滤波器参数单元，包括数据驱动的滤波器参数模型，其用于向滤波器元件提供多个滤波器参数，以响应于从传感器元件获得的传感器数据。
[0010]此外，传感器单元可以进一步包括一个或多个操作传感器元件，其具体包括温度传感器、环境压力传感器、机械应力传感器、磁场传感器和电磁场传感器中的至少一个，其中一个或多个操作传感器元件提供至少一个操作参数；其中滤波器参数单元被配置为接收至少一个操作参数，并根据至少一个操作参数提供滤波器参数。
[0011]可以规定，滤波单元在随后的时间步长中连续运行。
[0012]根据上述惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)，使用数据驱动的滤波器参数模型进行动态在线滤波器参数自适应。实质上，IMU包括具有一个或多个感测元件的感测单元，例如运动传感器，例如加速度计、陀螺仪等，以及预处理单元。预处理单元包括具有一个或多个滤波元件的滤波单元，滤波单元适于应用于源自一个或多个感测元件的传感器数据。传感器数据对应于数字化(原始)传感器信号，并且预处理单元被配置成处理数字化数据。
[0013]借助于滤波器参数模型，滤波单元可以永久地适应IMU的操作条件。滤波器参数模型被连续地操作并被配置成提供多个滤波器参数，其中这些滤波器参数响应于传感器数据以及可选地响应于IMU的一个或多个操作条件。
[0014]滤波器参数模型可以是任何种类的数据驱动模型，例如深度神经网络、卷积神经网络等。取决于滤波单元的设置，滤波器参数模型可以形成为分类模型、回归模型或其组合。
[0015]滤波器参数可以包括多个滤波器类型选择参数，用于选择滤波单元的多个滤波器元件之一，使得只有所选的滤波器元件提供输出传感器数据。特别地，每一个滤波器元件的滤波器类型和/或滤波器参数可以被预设的。
[0016]此外，多个滤波器参数可以包括用于提供分类向量的多个滤波器类型选择参数，每一个元素与相应的滤波器元件相关联，其中每一个滤波器元件的滤波器输出传感器数据根据分类向量的元素的值被加权，其中输出传感器数据被提供为加权的滤波器输出传感器数据的组合，例如通过相加。
[0017]可以规定，滤波器参数包括用于为一个或多个滤波器元件提供设置的滤波器设置参数。
[0018]因此，多个滤波器参数可以包括滤波器类型选择参数，其允许从一种或多种滤波器类型的多个滤波器元件中选择一个滤波器元件，以通过在任何时候连续选择最佳滤波器类型来优化作为IMU输出的所提供的输出传感器数据的精度。此外，滤波器参数模型可以为滤波单元的一个或多个实现的滤波器元件提供滤波器设置。因此，不同的滤波器元件可以在滤波器的类型和/或它们的滤波器设置方面不同，使得滤波器元件具有不同的类型或者包括相同滤波器类型但是具有不同参数化的几个滤波器元件。例如，滤波单元可以通过诸如互补式滤波器、卡尔曼滤波器等滤波器元件来实现。
[0019]滤波器参数模型被训练成将包括多个滤波器类型选择参数和/或滤波器设置的滤
波器参数与所提供的输入数据相关联。输入数据可以包括原始传感器数据(实际时间步长的)，或，在其上推导出的传感器数据，例如补偿的传感器数据(用于减少未对准误差和传感器数据失配的补偿的原始传感器数据，例如缩放和偏移，和/或推导出/计算的角度/倾斜信息)和/或延迟的(历史的)(原始和/或补偿的)传感器数据(一个或多个过去的时间步长)，以及可选的操作参数，例如IMU温度、环境压力、机械应力、磁场或电磁场指标。
[0020]在使用延时传感器数据作为输入数据的情况下，IMU操作的运动动态可以反映在滤波单元的滤波器类型选择和滤波器设置中。
[0021]根据另一方面，提供了一种用于训练滤波器参数模型的训练方法，特别是应用于上述惯性测量单元的滤波器参数单元中，其中使用多个训练数据项目来训练滤波器参数模型，其中每一个训练数据项目与输入数据项目相关联到根据运动轨迹的预设的运动的期望输出传感器数据，输入数据项目包括至少一个原始传感器数据项目，其中通过根据运动轨迹移动惯性测量单元并记录原始传感器数据来获得原始传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.惯性测量单元(1)，其特征在于，用于根据施加在所述惯性测量单元(1)上的力或运动来提供输出传感器数据，包括：传感器单元(2)，包括一个或多个传感器元件(21)，其被配置成检测运动并根据所述检测到的运动提供传感器数据；滤波单元(4)，包括一个或多个滤波器元件(41a，41b)，其中所述滤波单元(4)被配置成根据多个滤波器参数在所述传感器数据应用于一个或多个滤波器元件(41a，41b)；滤波器参数单元(5)，包括数据驱动的滤波器参数模型，其被配置成提供给所述滤波单元(4)多个滤波器参数，以响应于从所述多个传感器元件(21)获得的所述传感器数据。2.根据权利要求1所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，其中所述传感器单元(2)还包括一个或多个操作传感器元件(22)，所述操作传感器元件特别包括温度传感器、环境压力传感器、机械应力传感器、磁场传感器和电磁场传感器中的至少一个，其中所述一个或多个操作传感器元件(22)提供至少一个操作参数；其中所述滤波器参数单元(5)被配置成接收所述至少一个操作参数，并根据所述至少一个操作参数提供多个滤波器参数。3.根据权利要求1或2所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，其中所述滤波单元(4)包括作为多个滤波器元件的互补式滤波器(41a)和卡尔曼滤波器(41b)中的至少一个。4.根据权利要求1所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，其中所述滤波单元(4)在连续的多个时间步长中连续地操作。5.根据权利要求4所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，应用在所述滤波器参数单元(5)上的所述传感器数据包括一个或多个传感器元件(21)中的每一个的传感器数据的多个实际值和所述传感器数据的至少一个延迟值。6.根据权利要求1所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，其中所述多个滤波器参数包括多个滤波器类型选择参数(S)，其用于选择所述滤波单元(4)的多个滤波器元件(41a，41b)中的一个，使得只有所选的滤波器元件(41a，41b)提供所述输出传感器数据。7.根据权利要求6所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，其中每一个所述滤波器元件(41a，41b)的所述多个滤波器参数是预设的。8.根据权利要求1所述的惯性测量单元(1)，其特征在于，其中所述多个滤波器参数包括用于提供分类向量(CL)的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿希姆，
申请(专利权)人：倍加福欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：