專利名稱：用于處理來(lái)自加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量三維中的加速度的加速度計(jì)，并且具體涉及一種用于處理來(lái)自加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果的方法。
背景技術(shù)：
一般而言，對(duì)象在三維空間中具有六個(gè)自由度，即沿三個(gè)垂直軸的平移和關(guān)于三個(gè)垂直軸的旋轉(zhuǎn)。由于對(duì)象沿三個(gè)平移軸中的每個(gè)的運(yùn)動(dòng)與另兩個(gè)平移軸無(wú)關(guān)，并且與關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸中的任一個(gè)的旋轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，因此運(yùn)動(dòng)具有六個(gè)自由度。這在慣性傳感器領(lǐng)域中是熟知的，在該領(lǐng)域中，傳統(tǒng)地需要若干傳感器以便測(cè)量和計(jì)算被監(jiān)測(cè)對(duì)象的所有六個(gè)自由度。通常，使用加速度計(jì)、陀螺儀和磁強(qiáng)計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)對(duì)象的六個(gè)自由度，加速度計(jì)能夠測(cè)量沿三個(gè)平移軸的加速度，陀螺儀能夠測(cè)量繞三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，而磁強(qiáng)計(jì)能夠測(cè)量對(duì)象相對(duì)于外部磁場(chǎng)的取向。在這些系統(tǒng)中，三維加速度計(jì)僅僅能夠測(cè)量三個(gè)可能的自由度，并且為了測(cè)量六個(gè)自由度，使用電子陀螺儀。使用算法來(lái)補(bǔ)償加速度計(jì)相對(duì)于外部參考系(諸如相對(duì)于地球固定的參考系)的旋轉(zhuǎn)，所述外部參考系使得能夠?qū)⒓铀俣鹊臏y(cè)量轉(zhuǎn)換到地球參考系中。然而，使用陀螺儀具有若干缺點(diǎn)；首先，陀螺儀昂貴，并且與加速度計(jì)或磁強(qiáng)計(jì)相比而言消耗大量的能量；其次，用于將加速度計(jì)參考系旋轉(zhuǎn)到地球參考系中的算法計(jì)算量相當(dāng)大。這些類型的系統(tǒng)常常用于通過將(一個(gè)或多個(gè))傳感器單元附接到身體來(lái)監(jiān)測(cè)人員的運(yùn)動(dòng)。然而，除了與使用上述的陀螺儀相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)之外，需要三種不同類型的傳感器以便測(cè)量人員運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度導(dǎo)致得到一種十分龐大且笨重的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在無(wú)陀螺儀或其他取向傳感器的情況下估計(jì)加速度計(jì)的取向的方法。本發(fā)明的另一或備選目的在于提供一種根據(jù)來(lái)自加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果估計(jì)外部參考系(諸如地球)的垂直方向上的加速度的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于估計(jì)加速度計(jì)相對(duì)于固定參考系的取向的方法，所述方法包括從加速度計(jì)獲得信號(hào)，所述信號(hào)指示沿三個(gè)正交軸作用在加速度計(jì)上的加速度的分量；識(shí)別具有最高加速度分量的軸；以及通過確定作用在加速度計(jì)上的加速度與具有最高加速度分量的軸之間的角度來(lái)確定加速度計(jì)的取向。優(yōu)選地，作用在加速度計(jì)上的加速度與具有最高加速度分量的軸之間的角度θ 根據(jù)下式確定
權(quán)利要求
1.一種用于估計(jì)加速度計(jì)相對(duì)于固定參考系的取向的方法，所述方法包括從所述加速度計(jì)獲得信號(hào)，所述信號(hào)指示沿三個(gè)正交軸作用在所述加速度計(jì)上的加速度的分量；識(shí)別具有最高加速度分量的軸；以及通過確定作用在所述加速度計(jì)上的所述加速度與所述具有最高加速度分量的軸之間的角度來(lái)確定所述加速度計(jì)的取向。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，作用在所述加速度計(jì)上的所述加速度與所述具有最高加速度分量的軸之間的角度θ由下式確定
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括通過以下操作檢查在特定采樣時(shí)刻i確定的取向中的局部不穩(wěn)定性針對(duì)所述特定采樣時(shí)刻周圍的多個(gè)采樣時(shí)刻獲得來(lái)自所述加速度計(jì)的信號(hào)的集合；以及針對(duì)所述信號(hào)的集合中的每個(gè)計(jì)算沿所述三個(gè)正交軸作用在所述加速度計(jì)上的所述加速度的分量的范數(shù)的方差。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，計(jì)算所述范數(shù)的方差的步驟包括計(jì)算局部 _ 不穩(wěn)定性
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，α是從15m/s2到20m/s2的范圍中選擇的值。
6.如任意前述權(quán)利要求所述的方法，其中，由于重力導(dǎo)致的加速度作用在所述加速度計(jì)上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，重力作用于所述固定參考系中的已知方向，并且作用在所述加速度計(jì)上的所述加速度與所述具有最高加速度分量的軸之間的角度提供對(duì)所述加速度計(jì)相對(duì)于所述已知方向的取向的估計(jì)。
8.一種用于根據(jù)作用在加速度計(jì)上的加速度的測(cè)量結(jié)果估計(jì)相對(duì)于固定參考系的特定方向上的加速度的方法，所述加速度計(jì)相對(duì)于所述固定參考系具有任意取向，所述方法包括如權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)所述地估計(jì)所述加速計(jì)相對(duì)于所述固定參考系的取向；根據(jù)所述加速度的測(cè)量結(jié)果利用所述加速度計(jì)的所估計(jì)的取向來(lái)確定在所述特定方向上的加速度。
9.一種用于根據(jù)作用在加速度計(jì)上的加速度的測(cè)量結(jié)果估計(jì)相對(duì)于固定參考系的垂直方向上的加速度的方法，所述加速度計(jì)相對(duì)于所述固定參考系具有任意取向，所述方法包括如權(quán)利要求7所述地估計(jì)所述加速計(jì)相對(duì)于所述固定參考系的取向；根據(jù)所述加速度的測(cè)量結(jié)果利用所述加速度計(jì)的所估計(jì)的取向來(lái)確定所述垂直方向上的加速度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，當(dāng)依賴于權(quán)利要求2和3時(shí)，其中，使用所估計(jì)的取向的步驟包括評(píng)估acc_vert = (Az_gcos θ )cos θ +g，當(dāng)θ >0或存在局部不穩(wěn)定性時(shí) acc_vert = (gcos θ -Az) cos θ +g，當(dāng)θ <0或不存在局部不穩(wěn)定性時(shí)其中，g是由于所述垂直方向上的重力導(dǎo)致的加速度的幅度。
11.一種用于估計(jì)加速度計(jì)相對(duì)于固定參考系的取向的裝置，所述裝置包括 適于執(zhí)行如權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)所述的方法中的步驟的處理模塊。
12.一種用于根據(jù)作用在加速度計(jì)上的加速度的測(cè)量結(jié)果估計(jì)相對(duì)于固定參考系的垂直方向上的加速度的裝置，所述加速度計(jì)相對(duì)于所述固定參考系具有任意取向，所述裝置包括適于執(zhí)行如權(quán)利要求9或10所述的方法中的步驟的處理模塊
13.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，當(dāng)在合適的計(jì)算機(jī)或處理器上執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行代碼適于執(zhí)行如權(quán)利要求1到10中的任一項(xiàng)所述的方法中的步驟。
全文摘要
提供一種用于估計(jì)加速度計(jì)相對(duì)于固定參考系的取向的方法，所述方法包括從加速度計(jì)獲得信號(hào)，所述信號(hào)指示沿三個(gè)正交軸作用在加速度計(jì)上的加速度的分量；識(shí)別具有最高加速度分量的軸；以及通過確定作用在加速度計(jì)上的加速度與具有最高加速度分量的軸之間的角度來(lái)確定加速度計(jì)的取向。還提供用于利用估計(jì)的取向來(lái)估計(jì)固定參考系中的垂直加速度的方法。
文檔編號(hào)G01C9/00GK102159920SQ200980137008
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者S·施倫博姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司