基于MEMS组合模块的姿态检测系统设计
加入技术交流群
1．3 数据融合模型
互补滤波的基本原理如图4所示。互补滤波的思想即针对不同输出特性的传感器，采用不同的滤波方法将所得的信号结合起来，从而克服单一传感器失真严重的缺点，获取到更为准确的信息。使含有高频噪声分量的加速度计信号通过低通滤波器滤波，使具有积分漂移效应的陀螺仪信号通过高通滤波器滤波。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/194995.htm
，yi表示i时刻的输出；xi表示i时刻的输入；yi-1表示(i-1)时刻的输出；△T为采样周期。基于互补滤波的思想并结合离散化数字低通滤波器模型，构造出如下模型：
其中，angle为系统最终的输出角度值；gyr为由陀螺仪数据计算得出的角速度值，gyrdt则为一个采样周期内的角度增量；acc为由加速度计数据计算得出的角度值。当选择合适的时间常数RC和采样周期△T时，此模型能模拟实现对陀螺仪的高通滤波和对加速度计的低通滤波
的互补组合功能。同时，时间常数和采样周期也确定了系统对陀螺仪和加速度计输出信号的置信度。当本系统选择时间常数为0．1 ms，采样周期为5 ms时，代入上式模型有：
假设初始状态时，系统角度估计值angle、陀螺仪输出角速度值gyr和加速度计输出的角度值acc均为零。表1是当加速度计收到一个10°数值的突变信号时，在连续10个采样周期内估计值angle的变化过程。
从表中可以看出，在系统采样周期设为5 ms时，如果此突变信号频率高于200 Hz，即该信号持续时间不超过一个采样周期，那么此信号给系统带来的最大偏差不会超过0．9°。此时，可认为系统对于加速度计的高频信号不信任，而信任陀螺仪的信号。如果此突变信号频率低于20 Hz，则该信号的持续时间会达到10个采样周期以上，在第10个采样周期时，系统的估计值angle为9．0°。此时，可认为系统信任加速计的低频信号。由此可见，此模型具有对加速度计的低通滤波功能和对陀螺仪的高通滤波功能。
评论