[发明专利]一种用于IMU多传感器数据融合的滤波方法

摘要

本发明提出了一种用于IMU多传感器数据融合的滤波方法，首先对数据进行采集，由陀螺仪、加速度计等多个传感器组成的IMU惯性测量单元获取飞行器的姿态数据，并建立传感器输出信息的数学模型表达式；其次对输出数据进行处理，主要包括利用滑动均值滤波去除干扰信息和噪声，再基于四元素法解算各传感器的旋转角度；然后利用高通滤波器和低通滤波器相结合，在低通滤波部分加入PI控制参数，引入比例系数变量Kp和积分系数变量KI设计二阶互补滤波器的误差修正负反馈，实现各传感器数据融合，最后输出姿态角。本发明通过对PI控制参数的引入和设定，设计含有负反馈的二阶互补滤波算法对各传感器信息融合，提高系统的测量精度和动态性能。

主权项

一种用于IMU多传感器数据融合的滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用陀螺仪、加速度计获取飞行器的姿态信息，建立传感器输出信号的数学模型表达式；陀螺仪的误差主要由随机漂移和噪声构成，设ywt为陀螺仪的输出信号，wt为真实角速度值，vwt为测量噪声，b为漂移量，则数学模型可表示为：ywt＝wt+vwt+b    (1)加速度计的输出信号为yat，载体运动的加速度为at，地球重力加速度为gt，其中为旋转矩阵，vat表示高斯白噪声，则加速度计的数学模型可表示为：yat＝at‑gt+vat   (2)(2)利用滑动均值滤波器去除步骤(1)数学模型表达式中的测量噪声和高斯白噪声以及干扰信息，提高系统的精度；(3)基于四元素向量法，将各传感器去噪后的输出数据转化为四元素，建立载体坐标系与参考坐标系之间的空间角位置关系，利用变换矩阵得到姿态角的四元素表达式，分别进行加速度计和陀螺仪的旋转加速度和旋转角速度姿态角解算；(4)设计二阶互补滤波器对姿态解算得到的加速度计姿态角进行低通滤波，对陀螺仪姿态角进行高通滤波，并实现各传感器数据融合，最后输出姿态角。