[发明专利]一种基于微惯性传感器的轨迹还原方法及系统

权利要求书

1.一种基于微惯性传感器的轨迹还原方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)由多种微惯性传感器对载体的加速度、角速度和环境磁场数据进行高频采 集；

2)在高频采集的同时，对采集到的实时数据进行预处理；

3)根据预处理后的实时数据获得载体的初始姿态，并采用梯度下降法解算载 体姿态；

4)根据解算得的载体姿态通过积分方式求得三维空间内的轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的轨迹还原方法，其特征在于， 步骤2)中，所述预处理包括确定量程和单位归一化处理。

3.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的轨迹还原方法，其特征在于， 步骤3)中，所述初始姿态为测量开始时静止状态的载体姿态，包括初始四元数、 初始姿态矩阵和初始姿态角。

4.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的轨迹还原方法，其特征在于， 步骤3)中，解算载体姿态具体为：

采用梯度下降法，将载体坐标系中重力造成的加速度理论值和预处理后的实时 数据中的加速度测量值间的误差作为目标函数，求解使所述误差最小的姿态四元 数。

5.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的轨迹还原方法，其特征在于， 步骤4)中，所述积分方式包括牛顿-柯斯特积分、数值积分、矩形积分或梯形积 分。

6.一种基于微惯性传感器的轨迹还原系统，其特征在于，包括：

轨迹记录装置，安装于载体上，用于高频采集载体的加速度、角速度和环境磁 场数据，并对采集得的实时数据进行预处理，所述轨迹记录装置包括多种微惯性传 感器；

后台处理器，通过无线网络与轨迹记录装置连接，用于根据预处理后的实时数 据采用梯度下降法还原载体在三维空间内的轨迹；

显示器，与后台处理器连接，用于显示后台处理器获得的轨迹。

7.根据权利要求6所述的一种基于微惯性传感器的轨迹还原系统，其特征在 于，所述后台处理器包括：

初始姿态获取模块，用于在预处理后的实时数据中分离出测量开始时静止状态 阶段的数据，获得初始姿态，所述初始姿态包括初始四元数、初始姿态矩阵和初始 姿态角；

载体姿态解算模块，用于采用梯度下降法将载体坐标系中重力造成的加速度理 论值和预处理后的实时数据中的加速度测量值间的误差作为目标函数，求解使所述 误差最小的姿态四元数；

积分模块，用于根据解算得的载体姿态通过积分方式求得三维空间内的轨迹。

8.根据权利要求6所述的一种基于微惯性传感器的轨迹还原系统，其特征在 于，所述多种微惯性传感器包括加速度计、磁力计和陀螺仪，其中，所述加速度计 和磁力计集成于同一模块中，共用一套寄存器地址。

9.根据权利要求6所述的一种基于微惯性传感器的轨迹还原系统，其特征在 于，所述轨迹记录装置内还包括与多种微惯性传感器分别连接的数据处理芯片，所 述数据处理芯片通过无线传输模块与后台处理器连接。

10.根据权利要求6所述的一种基于微惯性传感器的轨迹还原系统，其特征在 于，所述无线传输模块包括无线网卡或蓝牙芯片。