[发明专利]一种提高微型AHRS模块精度的方法和微型AHRS模块

说明书

技术领域

本发明涉及AHRS模块技术领域，尤其涉及一种提高微型AHRS模块精度的方法和微型AHRS模块，更优选地，涉及一种低成本高精度的微型AHRS模块和一种提高微型AHRS模块精度的方法。

背景技术

航姿系统(attitude and heading reference system，AHRS)是一种用于精确测量载体在空间坐标系下三个轴(俯仰、滚转、偏航)姿态的惯性测量装置，在航空、航天、机器人、船舶、虚拟现实、汽车工业等领域都发挥着非常重要的作用。随着MEMS元件的产品化，微机械陀螺和加速度计开始尝试用于姿态测量。航姿系统由3只微机械陀螺、3只微机械加速度计和3轴地磁传感器组成。选用重力向量和地磁向量作为参考向量，为陀螺提供角度修正和零偏估计，实现动态环境下载体姿态控制。其主要思想为：利用陀螺测得的角速度来更新前一步的姿态角；利用加速度计和地磁传感器对重力向量和地磁向量的观测来修正陀螺给出的姿态角信息。系统结构如图1所示。

AHRS的核心主要由两部分组成：传感器和算法。由于微机电系统(micro-electro—mechanical system，MEMS)技术的突破，MEMS传感器已经开始被大量应用于惯性导航领域。发明人在研究的过程中发现，传统的惯性导航系统使用陀螺仪和加速度计来确定载体相对于固定坐标系的姿态，而这样的陀螺仪的偏置漂移在长时间内相当稳定，但是体积大、功耗大、成本高。在对成本、体积和功耗较为敏感的应用领域，如微型无人飞行器、机器人、人体运动感知等，迫切需要开发一种基于廉价传感器的低成本、低功耗、小体积的高精度AHRS；对于算法方面，国内外已经有很多学者在这方面做了很多工作，提出了基于方向余弦矩阵卡尔曼滤波器的姿态解算方法，但是方向余弦矩阵本身具有正交性，在方向余弦矩阵更新过程中会丢失其正交性，如果不进行修正将无法保证解算的精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微型AHRS模块，可在不同的动态环境中进行姿态定位，广泛应用于无人机、体感游戏、云台增稳、机器人控制、车载导航等领域。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来具体实现：

一种微型AHRS模块，包括AHRS系统；所述AHRS系统包括陀螺仪、加速度计、MCU和磁罗盘；

所述陀螺仪、加速度计和磁罗盘的输出端分别与MCU连接，所述陀螺仪、加速度计和磁罗盘的安装方式与载体坐标系的坐标轴相平行。

进一步的，所述AHRS系统中的陀螺仪、加速度计和磁罗盘采用数字的12C或SPI接口，与MCU的12C和SPI总线相连。

进一步的，所述串口电平为TTL电平；串口数据格式为115200,none,8bit,1stop。

进一步的，所述数据包协议为：