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加速度计数据中的重力补偿

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鉴于加速度计具有9 DOF（加速度计，陀螺仪和磁力计），我想在加速度计读数中去除/补偿重力的影响（加速度计可以自由旋转） . 传感器给出相对于（磁）北，西和上参考系的四元数表示的方向 .

我发现这个http://www.varesano.net/blog/fabio/simple-gravity-compensation-9-dom-imus但是无法理解给定方程的基础 .

如何获得上述信息呢？

math accelerometer gravity quaternions

2 回答

  • 0

    您需要将四元数的加速度计读数旋转到地球参照系（如果您愿意，进入房间的坐标系），然后减去重力 . 剩余的加速度是传感器在地球参考系中的加速度，通常称为线性加速度或用户加速度 .

    在伪代码中，类似这样的东西

    acceleration = [ax, ay, ay]  // accelerometer reading

q                            // quaternion corresponding to the orientation

gravity = [0, 0, -9.81]      // gravity on Earth in m/s^2

a_rotated = rotate(acceleration, q) // rotate the measured acceleration into
                                    // the Earth frame of reference

user_acceleration = a_rotated - gravity

    你说你可以通过API获得 q . 唯一不重要的一步是实现 rotate() 功能 .

    要在 q 旋转时计算向量 v 的图像，应使用以下公式：vrotated = qvq-1 . 要使用浮点数计算它，您需要自己计算公式;它们可在Using quaternion rotations获得 .

    据我所知，您提供的链接就是这样，您可以在那里看到扩展的公式，现在您知道它们来自何处 . 此外，链接的内容似乎以g为单位测量重力，即重力为[0,0，-1] .

    注意标志惯例（无论你考虑重力[0,0，-1]还是[0,0,1]）和handedness of your coordinate systems！

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  • 10

    我假设你的加速度计读数在传感器主体框架中 . 首先，我们需要根据惯性框架表示加速度计数据，然后减去重力 . 如果直接使用欧拉角而不是四元数，则需要计算旋转矩阵

    R = [
    ctheta*cpsi,
    -cphi*spsi + sphi*stheta*cpsi,
    sphi*spsi + cphi*stheta*cpsi;
    ctheta*spsi, cphi*cpsi + sphi*stheta*spsi,
    -sphi*cpsi + cphi*stheta*spsi;
    -stheta, sphi*ctheta, cphi*ctheta
]

    （它以MATLAB表示法给出） . 这里 phi 代表侧倾角， theta 代表俯仰， psi 代表偏航 . 这个 R 矩阵是从身体到惯性框架 . 我认为在飞行动力学中它也被称为方向余弦矩阵（DCM）的转置 .

    当您应用矩阵乘法运算时，现在需要从 z 方向减去重力以消除静态加速度，即重力 .

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