基于MEMS組合模塊的姿態(tài)檢測系統(tǒng)設(shè)計
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1．3 數(shù)據(jù)融合模型
互補濾波的基本原理如圖4所示。互補濾波的思想即針對不同輸出特性的傳感器，采用不同的濾波方法將所得的信號結(jié)合起來，從而克服單一傳感器失真嚴(yán)重的缺點，獲取到更為準(zhǔn)確的信息。使含有高頻噪聲分量的加速度計信號通過低通濾波器濾波，使具有積分漂移效應(yīng)的陀螺儀信號通過高通濾波器濾波。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/194995.htm
，yi表示i時刻的輸出；xi表示i時刻的輸入；yi-1表示(i-1)時刻的輸出；△T為采樣周期。基于互補濾波的思想并結(jié)合離散化數(shù)字低通濾波器模型，構(gòu)造出如下模型：
其中，angle為系統(tǒng)最終的輸出角度值；gyr為由陀螺儀數(shù)據(jù)計算得出的角速度值，gyrdt則為一個采樣周期內(nèi)的角度增量；acc為由加速度計數(shù)據(jù)計算得出的角度值。當(dāng)選擇合適的時間常數(shù)RC和采樣周期△T時，此模型能模擬實現(xiàn)對陀螺儀的高通濾波和對加速度計的低通濾波
的互補組合功能。同時，時間常數(shù)和采樣周期也確定了系統(tǒng)對陀螺儀和加速度計輸出信號的置信度。當(dāng)本系統(tǒng)選擇時間常數(shù)為0．1 ms，采樣周期為5 ms時，代入上式模型有：
假設(shè)初始狀態(tài)時，系統(tǒng)角度估計值angle、陀螺儀輸出角速度值gyr和加速度計輸出的角度值acc均為零。表1是當(dāng)加速度計收到一個10°數(shù)值的突變信號時，在連續(xù)10個采樣周期內(nèi)估計值angle的變化過程。
從表中可以看出，在系統(tǒng)采樣周期設(shè)為5 ms時，如果此突變信號頻率高于200 Hz，即該信號持續(xù)時間不超過一個采樣周期，那么此信號給系統(tǒng)帶來的最大偏差不會超過0．9°。此時，可認(rèn)為系統(tǒng)對于加速度計的高頻信號不信任，而信任陀螺儀的信號。如果此突變信號頻率低于20 Hz，則該信號的持續(xù)時間會達到10個采樣周期以上，在第10個采樣周期時，系統(tǒng)的估計值angle為9．0°。此時，可認(rèn)為系統(tǒng)信任加速計的低頻信號。由此可見，此模型具有對加速度計的低通濾波功能和對陀螺儀的高通濾波功能。
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