[发明专利]基于惯性传感器刚体网格的物体运动姿态感知方法和系统

说明书

本发明公开一种基于惯性传感器刚体网格的物体运动姿态感知方法和系统，将传感器刚体网格定位技术、自适应权重分配技术和多惯性传感器信息融合技术相结合，使用多个惯性传感器节点构成的对等式传感器网格网络，将多个传感器节点姿态感应数据进行分析融合，通过刚体网格位置误差校正和网格节点数据动态误差校正，从而计算出网格系统所附着的物体的完整运动姿态。本发明可提高惯性传感器的运动参数感知精度，实现运动物体的实时运动轨迹、运动姿态的精确感知追踪。其中关键的的步骤包括刚体网格位置误差校正和网格节点数据动态误差校正。

技术领域

本发明涉及惯性传感器技术领域，具体涉及一种基于惯性传感器刚体网格的物体运动姿态感知方法和系统。

背景技术

目前惯性传感器的已经广泛应用于移动电子设备，通过融合惯性传感器的加速度计、陀螺仪、磁力计的感应数据，计算物体的运动姿态与运动轨迹，已经成为了惯性传感器的主要应用领域，在室内定位、航空器空中位置姿态感知、物体运动姿态检测等领域有着广泛的应用需求。而由于惯性传感器的工艺、成本、精度、干扰、累积误差等因素的限制，目前惯性传感器的运动姿态感知精度仍然无法满足现实的姿态监测、轨迹追踪的精度需求，从而制约了惯性传感器姿态监测方案的实用性及可用场景。

发明内容

本发明所要解决的是现有惯性传感器的运动姿态感知精度无法满足现实要求的问题，提供一种基于惯性传感器刚体网格的物体运动姿态感知方法和系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于惯性传感器刚体网格的物体运动姿态感知方法，包括如下步骤：

步骤1、在被测物体上，使用2个以上具有刚性空间位置关系的惯性传感器作为网格节点，构造具有2个以上节点且节点间形成刚性空间结构的惯性传感器刚体网格网络；

步骤2、刚体网格位置误差校正：

步骤2.1、让被测物体进行预定的标定运动；

步骤2.2、通过获取被测物体进行标定运动时的惯性传感器输出的运动姿态数据，并结合已知的惯性传感器在惯性传感器刚体网格网络中的网格位置关系，对惯性传感器刚体网格网络进行网格位置的标定和网格位置关系校正，获得惯性传感器刚体网格网络的精确位置关系模型；

步骤3、当被测物体进行实际运动时，其上的惯性传感器刚体网格网络的各个惯性传感器实时采集输出相应的运动姿态数据，并通过对这些运动姿态数据进行实时解算，得到各个惯性传感器初步估计的惯性传感器刚体网格网络的运动姿态；

步骤4、网格节点数据动态误差校正；

步骤4.1、基于步骤2所得到的惯性传感器刚体网格网络的精确位置关系模型和步骤3所得到的各个惯性传感器初步估计的惯性传感器刚体网格网络的运动姿态，计算各个惯性传感器节点的信息置信度权重，并获得该运动姿态下，惯性传感器刚体网格网络的信息置信度模型；

步骤4.2、根据惯性传感器刚体网格网络的各个惯性传感器所感知的运动姿态数据，分别计算其他惯性传感器的运动姿态估计；

步骤4.3、根据步骤4.1所得到的惯性传感器刚体网格网络的信息置信度模型，进行惯性传感器刚体网格网络的各个网格节点之间的迭代计算，并得到惯性传感器刚体网格网络的各个网格节点精确姿态数据；

步骤4.4、将惯性传感器刚体网格网络的权重中心质点的精确姿态数据作为最终感知的被测物体的运动姿态。

上述步骤1中，所有惯性传感器节点构成的是对等式的惯性传感器网格网络。

实现上述方法的基于惯性传感器刚体网格的物体运动姿态感知系统，其特征是，该系统由数据处理单元和2个以上具有刚性空间位置关系的惯性传感器节点组成；