使用陀螺仪和加速度计获取方向

Posted 2023-04-14

【中文标题】使用陀螺仪和加速度计获取方向

【英文标题】：Obtaining orientation using gyroscope and accelerometer

【发布时间】：2013-03-07 15:00:57

【问题描述】：

我想监控设备在 2 轴上的方向：非常简单：哪条方向向下。 它必须在较长的时间段（12 小时）内保持准确性 它将受到围绕所有轴的旋转和加速度的影响

该设备将是带有标准陀螺仪/加速度计的 android 手机。使用这两种传感器类型，是否可以满足上述要求？

到目前为止我的想法：单独的加速度计无法实现这一点，因为给定任何一组瞬时值，不可能将重力和空间加速度分量分开。我无法理解陀螺仪如何帮助解决这个问题。是否有任何巧妙的公式/算法可以解决这个问题？

谢谢

【问题讨论】：

尝试用谷歌搜索“加速度计陀螺仪数据融合”。这是 IMU 中非常常见的任务，并且绝对可行。 （在我的脑海中，你可以设置一个卡尔曼滤波器/只在加速度计上做一个 HPF，在陀螺仪上做一个 LPF，但我手头没有任何实现细节）。

【参考方案1】：

结合加速度计和陀螺仪数据的一种简单方法是使用互补滤波器。这样，您就不会遇到陀螺仪漂移和加速度计噪声的问题。它也比卡尔曼滤波器更容易理解和使用。

您将使用积分计算陀螺仪的角度。对于加速度计，您将使用 tan2 函数来确定重力矢量的位置。然后互补滤波器将这两个角度组合如下：

角度 = 0.98*(角度 + 陀螺数据*dt) + 0.02*accAngle

请注意，您如何只获取加速度计数据的一小部分（刚好足以补偿漂移）。因此，您将使用陀螺仪数据进行快速变化，但从长远来看，您将继续遵循加速度计角度计算的平均值，以免漂移。

我希望这会有所帮助。如果您需要更多信息和 C 代码示例，我写了一篇关于它的文章 here