[发明专利]一种三维姿态角的计算方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及仪器测量技术领域，特别涉及一种三维姿态角的计算方法与系统。

背景技术

近年来，随着科技的不断进步以及技术的不断革新，现代工业得到了十足的发展，为人们生活水准的提升提供了保障。

在现代工业中，尤其是在汽车制造以及航天技术中，由于都涉及到运动的对象。在实际测试以及应用中，常涉及到三维姿态角的计算。对所述三维姿态角而言，具体的为以一运动物体的质心为坐标系原点，用来描述该运动物体相对自身运动位置的角度。以卫星姿态角为例，卫星姿态角指的是以卫星质心为坐标系原点，用来描述卫星相对自身运动位置的角度。卫星姿态角的测定方法有多种，例如可采用姿态测量仪测定，航天飞机上可采用星象机测定，也可以用3个GPS测定姿态。姿态角由于其独特的物理意义，是准确描述一运动对象的运动状态的一个不可或缺的参数，因此对其测量计算具有重要的意义。

然而，现有的对姿态角的测量计算的精度不高，无法非常精准地得到更接近真实值的姿态角(与真实值存在一定的偏差)，从而有可能影响工作人员对运动物体实际运动状态的准确判断，不利于实际应用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提出一种能够更加准确地计算运动物体的三维姿态角的方法与系统，以提高所得的三维姿态角的精度，满足实际应用需求。

本发明提出一种三维姿态角的计算方法，用于计算一运动物体对应的三维姿态角，其中，包括如下步骤：

获取所述运动物体对应的运动信息，所述运动信息包括三维加速度、三维角速度以及三维磁场强度；

对所述运动信息进行CRC校验以得到一校验结果，判断所述校验结果是否与预设校验结果相同；

若是，则对所述运动信息进行形式转换，所述形式转换包括数据格式转换以及方位坐标变换；

对所述形式转换后的所述运动信息进行校正处理，根据所述校正处理后的所述运动信息计算以得到一对应的四元数，其中所述校正处理为分别对所述三维加速度进行加速度参数标定，对所述三维角速度进行角速度温度补偿以及对所述三维磁场强度进行磁场强度参数标定；

根据所述四元数计算得到对应的所述三维姿态角。

本发明提出的三维姿态角的计算方法，首先获取运动物体的三维加速度、三维角速度以及三维磁场强度，进行校验后再分别进行参数标定得到对应的四元数，然后根据该四元数计算得到对应的三维姿态角。由于分别对所述三维加速度、三维角速度以及三维磁场强度进行了参数标定，提高了相关参数的准确性，进而提高了所述三维姿态角的精度，使得求算得到的三维姿态角更接近于真实的三维姿态角，满足了实际应用需求。

所述三维姿态角的计算方法，其中，对所述三维角速度进行角速度温度补偿的步骤包括：

根据ΔT＝T_i-T₀计算温度的变化值，其中ΔT为温度的变化值，T_i为i时刻的温度值，T₀为基准温度值；

根据计算所述三维角速度的变化量，其中为第i时刻的所述三维角速度，为初始时刻的所述三维角速度；

根据MATLAB计算以及对应的系数值；

根据对所述三维角速度进行计算以完成所述角速度温度补偿。

所述三维姿态角的计算方法，其中，对所述三维加速度进行所述加速度参数标定的步骤包括：

根据对所述三维加速度进行所述加速度参数标定，其中A'_X、A'_Y以及A'_Z为实际的所述三维加速度，A_X、A_Y以及A_Z为测量得到的所述三维加速度，a、b以及c为第一比例因子，d、e以及f为第一偏移因子。

所述三维姿态角的计算方法，其中，对所述三维磁场强度进行所述磁场强度参数标定的步骤包括：

根据对所述三维磁场强度进行所述磁场强度标定，其中M'_X、M'_Y以及M'_Z为实际的所述三维磁场强度，M_X、M_Y以及M_Z为测量得到的所述三维磁场强度，a'、b'以及c'为第二比例因子，d'、e'以及f'为第二偏移因子。

所述三维姿态角的计算方法，其中，所述数据格式转换为将所述运动信息转换为十进制格式。

所述三维姿态角的计算方法，其中，计算所述四元数的步骤包括：