本發明涉及九軸傳感器領域，尤其涉及一種陀螺儀漂移校正方法及裝置。

背景技術：

九軸傳感器包括用于檢測角速度的三軸陀螺儀、用于檢測加速度的三軸加速度傳感器和用于檢測地磁感應的三軸地磁傳感器，每個設備上的三個軸都分別相互垂直。九軸傳感器常用于人或物體姿態的檢測，應用場景非常廣泛，例如在VR(Virtual Reality，虛擬現實)中獲取用戶的姿態，在航天領域中獲取飛行設備的姿態等等。

在所述三軸陀螺儀檢測到角速度后，通過將角速度對時間進行積分就可以得到三個軸分別對應的旋轉角度。然而，由于各種原因，所述三軸陀螺儀上往往被作用有人們所不希望的各種干擾力矩，在這些很小干擾力矩的作用下，陀螺儀的陀螺會產生進動，從而使角動量向量慢慢偏離原來的方向，我們把這種現象稱為零點漂移。假設陀螺儀固定不動，理想的角速度值是0dps(degree per second，角度/秒)，但是存在零點漂移，例如有一個偏置0.1dps加在上面，于是測量出來是0.1dps，積分一秒之后，得到的角度是0.1度，積分1分鐘之后是6度，積分半小時之后就是180度，積分時間越久，漂移程度越大。

正是因為陀螺存在零點漂移現象，在積分之后，漂移現象會更加嚴重，影響九軸傳感器的精度。以安裝在VR中的三軸陀螺儀為例，漂移現象會體現在VR畫面中，雖然用戶的頭部沒有移動，VR畫面卻會發生漂移，因而導致用戶體驗較差。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種陀螺儀漂移校正方法及裝置，實現了對三軸陀螺儀漂移現象的校正。

本發明實施例提供了一種陀螺儀漂移校正方法，所述方法包括：

獲取目標對象從原始姿態變換為預設姿態時，根據安裝在所述目標對象上的陀螺儀和加速度傳感器分別得到各自的姿態變換角度數據，其中，根據所述陀螺儀得到的姿態變換角度數據包括所述目標對象的待校準俯仰角和待校準滾轉角，根據所述加速度傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考俯仰角和參考滾轉角；

利用所述參考俯仰角和所述參考滾轉角分別校準所述待校準俯仰角和待校準滾轉角，得到校準后俯仰角和校準后滾轉角，實現對陀螺儀漂移現象的校正。

可選的，所述利用所述參考俯仰角和參考滾轉角分別校準所述待校準俯仰角和待校準滾轉角，得到校準后俯仰角和校準后滾轉角，實現對陀螺儀漂移現象的校正包括：

將所述參考俯仰角與所述待校準俯仰角加權求和得到所述校準后俯仰角；

將所述參考滾轉角與所述待校準滾轉角加權求和得到所述校準后滾轉角。

可選的，所述方法還包括：

獲取所述加速度傳感器檢測得到的所述目標對象的加速度參數；

判斷所述加速度參數是否在第一預設范圍內，若是，則調整所述參考俯仰角的權重和所述待校準俯仰角的權重，使得所述參考俯仰角的權重高于所述待校準俯仰角的權重，并且調整所述參考滾轉角的權重和所述待校準滾轉角的權重，使得所述參考滾轉角的權重高于所述待校準滾轉角的權重。

可選的，若所述加速度參數在第二預設范圍內，則所述方法還包括：

調整所述參考俯仰角的權重和所述待校準俯仰角的權重，使得所述參考俯仰角的權重低于所述待校準俯仰角的權重，并且調整所述參考滾轉角的權重和所述待校準滾轉角的權重，使得所述參考滾轉角的權重低于所述待校準滾轉角的權重。

可選的，所述加速度參數包括：

根據預設時間段內的采樣加速度值得到的加速度方差。

可選的，所述方法還包括：

預先確定所述目標對象從原始姿態變換為預設姿態的理想加速度矢量；

所述加速度參數包括：

根據所述加速度傳感器得到的實際加速度矢量與所述理想加速矢量之間的差值。

可選的，根據所述陀螺儀得到的姿態變換角度數據還包括所述目標對象的待校準航向角，所述方法還包括：

根據安裝在所述目標對象上的地磁傳感器得到姿態變換角度數據，所述根據所述地磁傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考航向角；

利用所述參考航向角校正所述待校準航向角，得到校準后航向角。

可選的，所述利用所述參考航向角校正所述待校準航向角，得到校準后航向角包括：

將所述參考航向角與所述待校準航向角加權求和得到所述校準后航向角。

本發明實施例還提供了一種陀螺儀漂移校正裝置，所述裝置包括：姿態變換角度數據獲取單元和校正單元；

其中，所述姿態變換角度數據獲取單元，用于獲取目標對象從原始姿態變換為預設姿態時，根據安裝在所述目標對象上的陀螺儀和加速度傳感器分別得到各自的姿態變換角度數據，其中，根據所述陀螺儀得到的姿態變換角度數據包括所述目標對象的待校準俯仰角和待校準滾轉角，根據所述加速度傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考俯仰角和參考滾轉角；

所述校正單元，用于利用所述參考俯仰角和所述參考滾轉角分別校準所述待校準俯仰角和待校準滾轉角，得到校準后俯仰角和校準后滾轉角，實現對陀螺儀漂移現象的校正。

可選的，根據所述陀螺儀得到的姿態變換角度數據還包括所述目標對象的待校準航向角；

所述姿態變換角度數據獲取單元，還用于根據安裝在所述目標對象上的地磁傳感器得到姿態變換角度數據，所述根據所述地磁傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考航向角；

所述校正單元，還用于利用所述參考航向角校正所述待校準航向角，得到校準后航向角。

本發明通過根據加速度傳感器得到的參考俯仰角和參考滾轉角來校準根據陀螺儀得到的待校準俯仰角和待校準滾轉角，在一定程度上實現了對陀螺儀漂移現象的校正。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的一種陀螺儀漂移校正方法的流程圖；

圖2為本發明實施例一中機體坐標系的示意圖；

圖3為本發明實施例二提供的一種陀螺儀漂移校正裝置的結構框圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例一：

參見圖1，該圖為本發明實施例一提供的一種陀螺儀漂移校正方法的流程圖。

本實施例提供的陀螺儀漂移校正方法包括如下步驟：

步驟S101：獲取目標對象從原始姿態變換為預設姿態時，根據安裝在所述目標對象上的陀螺儀和加速度傳感器分別得到各自的姿態變換角度數據。

如前文所述，所述九軸傳感器包括三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器和三軸地磁傳感器。

所謂陀螺儀是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的角運動檢測裝置。利用其他原理制成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。也就是說，陀螺儀可以檢測目標對象在機體坐標系的三軸方向上的角速度。

所謂加速度傳感器是一種能夠測量目標對象在機體坐標系三軸方向上的加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。傳感器在加速過程中，通過對質量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。

所謂地磁傳感器，又稱羅盤，用于測量地球的磁場，進而推導出航向角。

在本實施例中，涉及兩個坐標系，其一為世界坐標系；其二為機體坐標系。

所謂世界坐標系(Global Coordinate System，又稱地球表面慣性坐標系等)是系統的參考坐標系，在本實施例中，它是一個三維的坐標系，具有原點O以及X軸、Y軸和Z軸，其中，X軸的正方向通常指向正東方向，Y軸的正方向通常指向正北方向，Z軸的正方向通常指向天空的方向。世界坐標系用于確定目標對象相對于地面的運動狀態。

參見圖2，所謂機體坐標系(Body Coordinate System)，原定義為固定在飛行器或飛機上的遵循右手法則的三維正交坐標系，具有原點o以及x軸、y軸和z軸。其中，原點o位于飛行器或飛機的重心，x軸的正方向位于飛行器或飛機的參考平面內、且平行于軸線并指向機頭前方，y軸的正方向垂直于所述參考平面并指向飛行器或飛機的右方，z軸的正方向位于所述參考平面、垂直于xoy平面，且指向飛行器或飛機的下方。在本實施例中，所述機體坐標系的應用對象不限于飛行器或飛機，可以是任意的目標對象。

在本實施例中，九軸傳感器中包括的三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器以及三軸地磁傳感器均建立在機體坐標系之上，但是機體坐標系是隨著目標對象的姿態變換而變化的，為了實現對陀螺儀漂移現象的校正，我們需要目標對象的姿態變換從變化的機體坐標系投射到固定的世界坐標系。所述目標對象的姿態是指所述目標對象的空間狀態。

由于目標對象在姿態變換的過程中，所述目標對象的各個坐標相對于機體坐標系是沒有發生變換的，所以相當于機體坐標系相對于世界坐標系在進行“姿勢變換”，因而所述目標對象的姿態變換數據實際上為機體坐標系的姿勢變換數據。機體坐標系的相對于世界坐標系的姿態變換可以看作是相對于世界坐標系的三個軸分別進行的旋轉變換，在數學上，表達這樣的旋轉變換可以有三種方式：其一為方向余弦，其二為歐拉角，其三為四元數。在本實施例中，采用歐拉角表示機體坐標系的相對于世界坐標系的姿態變換，即姿態變化角度數據。

所謂歐拉角包括偏航角(Yaw)、俯仰角(Pitch)和滾轉角(Roll)。從所述機體坐標系到所述世界坐標系的變換，可以通過繞不同坐標軸的3次連續轉動來實現：繞機體坐標系的z軸轉動ψ角，ψ角稱為偏航角，ψ∈(-180度，180度)或(0,360度)；繞世界坐標系的y軸轉動θ角，θ角稱為俯仰角，θ∈(-90度，90度)；繞世界坐標系的x軸轉動Ф角，Ф角稱為滾轉角，Ф∈(-180度，180度)。

在九軸傳感器中，根據陀螺儀采集得到的角動量數據可以得到所述歐拉角中的三個角，根據加速度傳感器得到的加速度矢量得以得到俯仰角和滾轉角，根據地磁傳感器得到的矢量數據可以得到航向角。

在本實施例中，根據安裝在所述目標對象的九軸傳感器之一的陀螺儀，得到的姿態變換角度數據包括所述目標對象的待校準俯仰角和待校準滾轉角，根據九軸傳感器之二的加速度傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考俯仰角和參考滾轉角。

步驟S102：利用所述參考俯仰角和參考滾轉角分別校準所述待校準俯仰角和待校準滾轉角，得到校準后俯仰角和校準后滾轉角，實現對陀螺儀漂移現象的校正。

由于陀螺儀的漂移現象導致在目標對象從動態變到靜態時，得到的所述待校準俯仰角和待校準滾轉角并不準確，靜態性能較差。但是加速度傳感器的靜態特性較佳，因此可以利用加速度傳感器得到的參考俯仰角來校正所述待校準俯仰角，利用加速度傳感器得到的參考滾轉角來校正所述待校準滾轉角，從而可以在一定程度上抑制陀螺儀漂移現象，提高陀螺儀的檢測精度。

在實際應用中，可以將所述參考俯仰角與所述待校準俯仰角加權求和得到所述校準后俯仰角，將所述參考滾轉角與所述待校準滾轉角加權求和得到所述校準后滾轉角。即，上述校準方法可以通過如下公式表示：

θ＝aα+bβ

其中，θ表示校準后俯仰角或校準后滾轉角，α表示參考俯仰角或參考滾轉角，β表示待校準俯仰角或待校準滾轉角。

因為陀螺儀的動態性能較好，靜態性能較差，而加速度傳感器則恰恰相反，所以可以當目標對象的運動速度較高時，提高待校準俯仰角和待校準滾轉角的權重；當目標對象的運動速度較低時，降低待校準俯仰角和待校準滾轉角的權重。

具體的，首先獲取所述加速度傳感器檢測得到的所述目標對象的加速度參數，然后判斷所述加速度參數是否在第一預設范圍內，若是，則調整所述參考俯仰角的權重和所述待校準俯仰角的權重，使得所述參考俯仰角的權重高于所述待校準俯仰角的權重，并且調整所述參考滾轉角的權重和所述待校準滾轉角的權重，使得所述參考滾轉角的權重高于所述待校準滾轉角的權重。

相反，若所述加速度參數在第二預設范圍內，則調整所述參考俯仰角的權重和所述待校準俯仰角的權重，使得所述參考俯仰角的權重低于所述待校準俯仰角的權重，并且調整所述參考滾轉角的權重和所述待校準滾轉角的權重，使得所述參考滾轉角的權重低于所述待校準滾轉角的權重。所述第二預設范圍應當與所述第一預設范圍不存在交集。

所述加速度參數可以是根據預設時間段內的采樣加速度值得到的加速度方差，所述加速度值為加速度矢量的長度。在實際應用中，所述加速度傳感器周期性的獲取采樣加速度值，例如每一毫秒獲取一次，通過采樣加速度值可以計算得到加速度方差。若所述加速度參數為加速度方差，則所述第一預設范圍應當與加速度方差匹配，且所述第一預設范圍應當為表示所述目標對象處于速度較低的一個范圍，所述第二預設范圍應當為表示所述目標對象處于速度較高的一個范圍。當所述目標對象超出于第二預設范圍，即速度更高時，可以認為根據加速度傳感器得到的參考俯仰角和參考滾轉角失去了校準的能力。

所述加速度參數還可以是根據所述加速度傳感器得到的實際加速度矢量與所述理想加速矢量之間的差值。所述理想加速度矢量是預先設定的一個值，即可以通過做實驗，使所述目標對象按照所述預設的理想加速度矢量(既規定了大小又規定了方向)從原始姿態變換為預設姿態，然后通過所述加速度傳感器得到所述目標對象的實際加速度矢量，并計算所述實際加速度矢量與理想加速度矢量之間的差值。所述第一預設范圍應當為與所述差值匹配的數值較低的一個范圍，所述第二預設范圍應當為數值較高的一個范圍。也就是說，當該差值較小時，說明加速度傳感器的準確度較高，此時可以提高參考俯仰角和參考滾轉角的權重；當該差值較大時，說明加速度傳感器檢測的準確度較低，此時應當降低參考俯仰角和參考滾轉角的權重；當該差值更大時，說明加速度傳感器的精度太低而不適用于校準。

本實施例通過根據加速度傳感器得到的參考俯仰角和參考滾轉角來校準根據陀螺儀得到的待校準俯仰角和待校準滾轉角，在一定程度上實現了對陀螺儀漂移現象的校正。

此外，如上文所述，九軸傳感器還包括地磁傳感器，本實施例還可以通過根據地磁傳感器得到的參考航向角來校準根據所述陀螺儀得到的所述目標對象的待校準航向角，以克服所述陀螺儀關于航向角的漂移現象。具體的，首先根據安裝在所述目標對象上的地磁傳感器得到姿態變換角度數據，所述根據所述地磁傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考航向角，然后利用所述參考航向角校正所述待校準航向角，得到校準后航向角。

同對所述參考俯仰角和參考滾轉角的校正方法類似，在實際應用中，可以將所述參考航向角與所述待校準航向角加權求和得到所述校準后航向角。

當然可以理解的是，本實施例提供的通過加權求和的校正方式并不構成對本發明的限定，本領域技術人員可以根據具體的應用場景自行設計。

基于以上實施例提供的一種陀螺儀漂移校正方法，本發明實施例還提供了一種陀螺儀漂移校正裝置，下面結合附圖來詳細說明其工作原理。

實施例二

參見圖3，該圖為本發明實施例二提供的一種陀螺儀漂移校正裝置的結構框圖。

本實施例提供的陀螺儀漂移校正裝置包括：姿態變換角度數據獲取單元101和校正單元102；

其中，所述姿態變換角度數據獲取單元101，用于獲取目標對象從原始姿態變換為預設姿態時，根據安裝在所述目標對象上的陀螺儀和加速度傳感器分別得到各自的姿態變換角度數據，其中，根據所述陀螺儀得到的姿態變換角度數據包括所述目標對象的待校準俯仰角和待校準滾轉角，根據所述加速度傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考俯仰角和參考滾轉角；

所述校正單元102，用于利用所述參考俯仰角和所述參考滾轉角分別校準所述待校準俯仰角和待校準滾轉角，得到校準后俯仰角和校準后滾轉角，實現對陀螺儀漂移現象的校正。

本實施例通過根據加速度傳感器得到的參考俯仰角和參考滾轉角來校準根據陀螺儀得到的待校準俯仰角和待校準滾轉角，在一定程度上實現了對陀螺儀漂移現象的校正。

可選的，根據所述陀螺儀得到的姿態變換角度數據還包括所述目標對象的待校準航向角；

所述姿態變換角度數據獲取單元101，還用于根據安裝在所述目標對象上的地磁傳感器得到姿態變換角度數據，所述根據所述地磁傳感器得到的姿態變換角度數據包括參考航向角；

所述校正單元102，還用于利用所述參考航向角校正所述待校準航向角，得到校準后航向角。

本實施例還可以通過根據地磁傳感器得到的參考航向角來校準根據陀螺儀得到的待校準航向角，實現了對陀螺儀漂移現象的校正。

可選的，所述校正單元102，具體用于：

將所述參考俯仰角與所述待校準俯仰角加權求和得到所述校準后俯仰角；

將所述參考滾轉角與所述待校準滾轉角加權求和得到所述校準后滾轉角。

可選的，所述裝置還包括：加速度參數獲取單元、第一判斷單元和第一權重調整單元；

其中，所述加速度參數獲取單元，用于獲取所述加速度傳感器檢測得到的所述目標對象的加速度參數；

所述第一判斷單元，用于判斷所述加速度參數是否在第一預設范圍內，若是，則激活所述第一權重調整單元；

所述第一權重調整單元，用于調整所述參考俯仰角的權重和所述待校準俯仰角的權重，使得所述參考俯仰角的權重高于所述待校準俯仰角的權重，并且調整所述參考滾轉角的權重和所述待校準滾轉角的權重，使得所述參考滾轉角的權重高于所述待校準滾轉角的權重。

可選的，所述裝置還包括第二判斷單元和第二權重調整單元；

所述第二判斷單元，用于判斷所述加速度參數是否在第二預設范圍內，則激活所述第二權重調整單元；

所述第二權重調整單元，用于調整所述參考俯仰角的權重和所述待校準俯仰角的權重，使得所述參考俯仰角的權重低于所述待校準俯仰角的權重，并且調整所述參考滾轉角的權重和所述待校準滾轉角的權重，使得所述參考滾轉角的權重低于所述待校準滾轉角的權重。

可選的，所述加速度參數包括：

根據預設時間段內的采樣加速度值得到的加速度方差。

可選的，所述裝置還包括：

矢量確定單元，用于預先確定所述目標對象從原始姿態變換為預設姿態的理想加速度矢量；

所述加速度參數包括：

根據所述加速度傳感器得到的實際加速度矢量與所述理想加速矢量之間的差值。

當介紹本發明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“這個”和“所述”都意圖表示有一個或多個元件。詞語“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味著除了列出的元件之外，還可以有其它元件。

需要說明的是，本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法實施例的流程。其中，所述存儲介質可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory,ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory,RAM)等。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元及模塊可以是或者也可以不是物理上分開的。另外，還可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元和模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。