[发明专利]摇摆基座下MEMS IMU的全姿态解算方法

说明书

本发明公开了一种摇摆基座下MEMS IMU的全姿态解算方法，其中，方法包括以下步骤：定义满足预设规则的坐标系；在定义的坐标系下，使得MEMSIMU按正反连续旋转方式进行旋转；采集旋转时MEMS惯性器件的数据；根据MEMS惯性器件的数据，通过惯性系对准算法和Mahony算法的融合，得到MEMSIMU的全姿态解算结果。该方法不需要卫星或磁强计等辅助信息，就能够实现一定的全姿态解算精度，有效提高了解算的精确性，这在无卫星信号或磁场干扰环境中具有重要应用价值，MEMS IMU具有成本低廉、体积小、抗冲击等优点，应用广泛，本发明有效提高了其适用性。

技术领域

本发明涉及惯性技术领域，特别涉及一种摇摆基座下MEMS IMU(Micro-Electro-Mechanical SystemInertial Measurement Unit，微机电惯性测量单元)的全姿态解算方法。

背景技术

随着惯性技术的迅速发展，MEMS IMU在惯性导航领域有着越来越多的应用。MEMSIMU具有成本低、体积小、重量轻、抗冲击的优点，在无人机、单兵导航、机器人、可穿戴设备、航姿参考系统等领域有较为广泛地应用，因此研究MEMS IMU具有重要意义。

由于MEMS惯性器件具有较大的常值偏差，因此如果直接进行姿态解算会引起很大的误差。为了减小MEMS惯性器件常值偏差的影响，提高MEMS IMU的姿态解算精度，一方面可以提高工艺技术，从而提升器件精度，但是这种方式周期长，成本高；另一方面采用系统级误差抑制技术，通过旋转调制减小MEMS惯性器件常值误差的影响，从而使得 MEMS IMU的姿态解算能够达到一定精度。

旋转调制技术已经在MEMS陀螺寻北仪中得到应用，但是MEMS陀螺寻北仪只能在静基座条件下实现寻北，当存在外界晃动的情况，误差极大，不能进行全姿态解算。而发动机引起振动或乘客上下车引起晃动的车辆、系泊状态的小船等都可以看成为摇摆基座，因此如何在摇摆基座上实现MEMS IMU的全姿态解算具有重要意义和应用需求。

相关技术中，通过单轴旋转调制实现静基座下的寻北，但是不能在摇摆基座上进行姿态解算；采用磁强计和卡尔曼滤波算法实现姿态解算，不足之处在于引入了磁强计，容易受到电磁设备的干扰，不能仅根据MEMS IMU的输出数据直接实现全姿态解算，限制了其应用范围。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种摇摆基座下MEMS IMU的全姿态解算方法，该方法应用广泛，可以有效提高MEMS IMU的适用性，有效提高其全姿态解算的精度。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种摇摆基座下MEMS IMU的全姿态解算方法，包括以下步骤：定义满足预设规则的坐标系；在定义的所述坐标系下，使得MEMS IMU 按正反连续旋转方式进行旋转；采集旋转时MEMS惯性器件的数据；根据所述MEMS惯性器件的数据，通过惯性系对准算法和Mahony算法的融合，得到所述MEMS IMU的全姿态解算结果。

本发明实施例的摇摆基座下MEMS IMU的全姿态解算方法，不需要卫星或磁强计等辅助信息，就能够实现一定的全姿态解算精度，有效提高了解算的精确性，这在无卫星信号或磁场干扰环境中具有重要应用价值，MEMS IMU具有成本低廉、体积小、抗冲击等优点，应用广泛，本发明可以有效提高其适用性。

另外，根据本发明上述实施例的摇摆基座下MEMS IMU的全姿态解算方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设规则为右手定则，其中，所述坐标系包括导航坐标系n系、载体坐标系b系、IMU坐标系s系、地球坐标系e系、惯性坐标系 i系、基座惯性坐标系i_b0系。