如何确定绝对方向

Posted 2023-02-19

【中文标题】如何确定绝对方向

【英文标题】：How to determine absolute orientation

【发布时间】：2010-11-14 05:26:05

【问题描述】：

我有一个 xyz 加速度计和磁力计。现在我想使用两者来确定设备的方向。我看到的问题是，根据设备方向，我需要以不同的顺序使用传感器。

让我举个例子。如果我的设备面向我，则可以使用加速度计确定滚动和俯仰的变化。对于偏航，我使用磁力计。

但是，如果我将设备水平放置（即，将其旋转 90º，面向天花板），则不会注意到向上矢量（现在是水平）的任何变化，因为加速度计没有检测到任何变化。现在可以使用磁力计检测到这一点。

所以问题是，如何确定何时使用其中一个。这两个传感器都够了吗？还是我需要其他的？

谢谢

【参考方案1】：

关键是使用重力和磁力计这两个向量的叉积。叉积给出了一个垂直于它们的新向量。这意味着它是水平的（垂直于向下）并且与北方成 90 度。现在你有了定义方向的三个正交向量。这有点难看，因为它们并不都是垂直的，但很容易修复。然后，如果您将这个新矢量与重力矢量交叉，则给出垂直于重力矢量和磁体平面矢量的第三个矢量。现在您有了定义 3D 方向坐标系的三个垂直向量。原始加速度计（重力）向量定义 Z（上/下），两个叉积向量定义方向的东/西和北/南分量。

【讨论】：

我也是这么想的，穿过加速度计 (Z) 和磁力计 (磁 X) 得到 Y，然后穿过 Z 和 Y 得到局部 X。我想知道为什么没有人这样做；相反，每个人似乎都依赖于 X/Y 平面的倾斜补偿。

因为这非常复杂，你们谈论它而不告诉我们为什么可能是一个原因。向我们展示代码。 ?

我推荐观看这个视频：youtube.com/watch?v=0rlvvYgmTvI

【参考方案2】：

这里有一些贯穿这个项目的文档。从其他答案可以清楚地看出，数学可能很棘手。 http://www.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN4248.pdf

【参考方案3】：

我认为“如何确定何时使用其中一个”的问题是错误的。您应该始终使用两个传感器进行定位。在某些情况下，其中之一是无用的。但是，这些都是极端情况。

【讨论】：

谢谢。看来我对这个问题不是很清楚。我很清楚在所有情况下我都需要同时使用加速器和磁力计，问题是在某些情况下这似乎还不够。

让我再用一个类似的例子：假设我有一部手机垂直，屏幕朝向我，“向上”向量指向天花板。每当我倾斜时，加速度计都允许我获取“向上”矢量信息。问题是，如果我倾斜设备并将其水平放置（屏幕现在面向天花板，并且“向上”矢量指向与我所在位置相反的位置），那么如果我旋转手机，向上矢量不会再更新水平地放在桌子上。这是现在磁力计清楚地检测到的东西。那么问题来了，什么时候知道在什么情况下使用 acc 或 mag 呢？

【参考方案4】：

如果我的理解正确，您将需要一些东西来根据基点（北、东、南和西）检测俯仰（倾斜）和方向。

可以从加速度计读取间距。

可以从指南针读取根据基点的方向。

将这两个传感器的输出与软件中的正确数学正确结合起来，很可能会为您提供绝对方向。

我认为这样是可行的。

祝你好运。

【参考方案5】：

如果您仍然需要绝对方向，您可以查看 Adafruit 的这个突破板：https://www.adafruit.com/products/2472。这块板的好处是它有一个 ARM Cortex-M0 处理器来为你做所有的计算。