[发明专利]用于处理来自加速度计的测量结果的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量三维中的加速度的加速度计，并且具体涉及一种用于处理来自加速度计的测量结果的方法。

背景技术

一般而言，对象在三维空间中具有六个自由度，即沿三个垂直轴的平移和关于三个垂直轴的旋转。由于对象沿三个平移轴中的每个的运动与另两个平移轴无关，并且与关于旋转轴中的任一个的旋转无关，因此运动具有六个自由度。

这在惯性传感器领域中是熟知的，在该领域中，传统地需要若干传感器以便测量和计算被监测对象的所有六个自由度。通常，使用加速度计、陀螺仪和磁强计来监测对象的六个自由度，加速度计能够测量沿三个平移轴的加速度，陀螺仪能够测量绕三个旋转轴的旋转，而磁强计能够测量对象相对于外部磁场的取向。

在这些系统中，三维加速度计仅仅能够测量三个可能的自由度，并且为了测量六个自由度，使用电子陀螺仪。使用算法来补偿加速度计相对于外部参考系(诸如相对于地球固定的参考系)的旋转，所述外部参考系使得能够将加速度的测量转换到地球参考系中。然而，使用陀螺仪具有若干缺点；首先，陀螺仪昂贵，并且与加速度计或磁强计相比而言消耗大量的能量；其次，用于将加速度计参考系旋转到地球参考系中的算法计算量相当大。

这些类型的系统常常用于通过将(一个或多个)传感器单元附接到身体来监测人员的运动。然而，除了与使用上述的陀螺仪相关联的缺点之外，需要三种不同类型的传感器以便测量人员运动的六个自由度导致得到一种十分庞大且笨重的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在无陀螺仪或其他取向传感器的情况下估计加速度计的取向的方法。

本发明的另一或备选目的在于提供一种根据来自加速度计的测量结果估计外部参考系(诸如地球)的垂直方向上的加速度的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于估计加速度计相对于固定参考系的取向的方法，所述方法包括：从加速度计获得信号，所述信号指示沿三个正交轴作用在加速度计上的加速度的分量；识别具有最高加速度分量的轴；以及通过确定作用在加速度计上的加速度与具有最高加速度分量的轴之间的角度来确定加速度计的取向。

优选地，作用在加速度计上的加速度与具有最高加速度分量的轴之间的角度θ根据下式确定：

θ=arctan[Ax2+Ay2Az]]]>

其中，A_z是沿具有最高加速度分量的轴的加速度的分量，而A_x和A_y是沿另两个轴的加速度的分量。

优选地，所述方法还包括：通过针对特定采样时刻i周围的多个采样时刻获得来自加速度计的信号的集合，检查在特定采样时刻内确定的取向中的局部不稳定性；以及针对该信号集合中的每个计算沿三个正交轴作用在加速度计上的加速度分量的范数(norm)的方差(variance)。

优选地，计算范数的方差的步骤包括计算：

局部_不稳定性

其中，a+b是信号集合的数目，而α是指示加速度的快速变化的值。

优选地，α是从15m/s²到20m/s²的范围中选择的值。

优选地，由于重力导致的加速度作用在加速度计上。

在优选实施例中，重力在固定参考系中作用于已知的方向，并且作用在加速度计上的加速度与具有最高加速度分量的轴之间的角度提供对加速度计相对于已知方向的取向的估计。

在本发明的第二方面中，提供了一种用于根据作用在加速度计上的加速度的测量结果估计相对于固定参考系的特定方向上的加速度的方法，所述加速度计相对于固定参考系具有任意取向，所述方法包括如上所述地估计加速度计相对于固定参考系的取向；以及根据加速度的测量结果使用估计的加速度计的取向来确定特定方向上的加速度。