CN116136405A - 引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法及装置 - Google Patents

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CN116136405A CN202310350666.9A CN202310350666A CN116136405A CN 116136405 A CN116136405 A CN 116136405A CN 202310350666 A CN202310350666 A CN 202310350666A CN 116136405 A CN116136405 A CN 116136405A
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Abstract

本发明提供了一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法及装置，可以应用于捷联惯导技术领域。该引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法包括：基于第一角速度传感器组构建第一传递函数，基于第二角速度传感器组构建第二传递函数；根据第一传递函数或第二传递函数构建滤波器传递函数；根据第一传递函数、第二传递函数和滤波器传递函数，构建频率响应特性函数；以及利用频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到第三角速度信号；基于加速度传感器组，得到加速度信号；利用第三角速度信号和加速度信号，得到位置信息；其中，第一角速度传感器组包括磁流体传感器。

Description

引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法及装置
技术领域
本发明涉及捷联惯导技术领域，尤其涉及一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法及装置。
背景技术
目前，主要通过惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU），对时间域载体的姿态和位置进行计算。但是，当载体处于宽频谱振动动态环境的情况下，微小振动会影响惯性测量单元的测量精度。因此，在利用常规的角速度传感器，计算载体的姿态和位置的过程中，会存在较大误差，导致计算精度准确度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法、装置及电子设备，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
本发明的一个方面，提供了一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法。
上述惯性测量单元包括：第一角速度传感器组、第二角速度传感器组和加速度传感器组。
上述引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法包括：基于上述第一角速度传感器组构建第一传递函数，基于上述第二角速度传感器组构建第二传递函数；根据上述第一传递函数或上述第二传递函数构建滤波器传递函数；根据上述第一传递函数、上述第二传递函数和上述滤波器传递函数，构建频率响应特性函数；利用上述频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到第三角速度信号，上述第三角速度信号用于姿态测量；基于上述加速度传感器组，得到加速度信号；利用上述第三角速度信号和上述加速度信号，得到上述惯性测量单元对应的位置信息；其中，上述第一角速度传感器组包括上述磁流体传感器，上述第一角速度信号为利用上述第一角速度传感器组得到的，上述第二角速度信号为利用上述第二角速度传感器组得到的。
备选的，上述根据上述第一传递函数构建滤波器传递函数包括：基于上述第一角速度传感器组构建第一滤波器；对上述第一滤波器进行第一截断处理，得到第一滤波器极点；根据上述第一滤波器极点和上述第一传递函数，构建上述滤波器传递函数。
备选的，上述根据上述第二传递函数构建滤波器传递函数包括：基于上述第二角速度传感器组构建第二滤波器；对上述第二滤波器进行第二截断处理，得到第二滤波器极点；根据上述第二滤波器极点和上述第二传递函数，构建上述滤波器传递函数。
备选的，上述引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法还包括：通过优化算法处理上述第一滤波器极点，得到目标第一滤波器极点；通过上述优化算法处理上述第二滤波器极点，得到目标第二滤波器极点；根据上述目标第一滤波器极点和上述目标第二滤波器极点优化上述滤波器传递函数，以便优化上述频率响应特性函数。
备选的，上述利用上述第三角速度信号和上述加速度信号，得到上述惯性测量单元对应的位置信息包括：构建地理坐标系、载体坐标系和惯性坐标系；基于圆锥误差算法对上述第三角速度信号进行圆锥误差补偿，得到第四角速度信号；对上述第四角速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量；基于第t-1时刻的姿态矩阵、上述第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和上述第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量，得到上述第t时刻的姿态矩阵；利用上述加速度传感器组得到加速度信号；对上述加速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻加速度；基于上述第t-1时刻的姿态矩阵、上述第t-1时刻加速度、上述第四角速度信号和第t-1时刻的惯导速度，得到第t时刻的惯导速度；基于第t-1时刻的位置信息、上述第t-1时刻的惯导速度和上述第t时刻的惯导速度，得到第t时刻的位置信息；其中，上述第一旋转变化量为以上述惯性坐标系作为参考基准，在上述地理坐标系中的旋转变化量，上述第二旋转变化量为以上述惯性坐标系作为参考基准，在上述载体坐标系中的旋转变化量，t为大于2的整数。
本发明的另一方面，提供了一种惯性测量装置。
惯性测量装置，包括：惯性测量单元；载体，上述惯性测量单元安装在上述载体上；其中，上述惯性测量单元包括第一角速度传感器组、第二角速度传感器组和加速度传感器组；上述第一角速度传感器组，用于构建第一传递函数；上述第二角速度传感器惯性组，用于构建第二传递函数，以便根据上述第一传递函数或上述第二传递函数构建滤波器传递函数；上述第一角速度传感器组还用于获取第一角速度信号；上述第二角速度传感器组还用于获取第二角速度信号，以便利用频率响应特性函数处理上述第一角速度信号和上述第二角速度信号，得到第三角速度信号，其中，上述频率响应特性函数是根据上述第一传递函数、上述第二传递函数和上述滤波器传递函数构建的，上述第三角速度信号用于姿态测量；上述加速度传感器组，用于得到加速度信号，以便利用上述第三角速度信号和上述加速度信号，得到上述惯性测量单元对应的位置信息。
备选的，上述第一角速度传感器组包括：第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器；上述第一角速度传感器组被配置为：上述第一高频角速度传感器、上述第二高频角速度传感器和上述第三高频角速度传感器各自的安装轴线正交于预设原点。
备选的，上述加速度传感器组包括第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器；上述加速度传感器组被配置为：上述第一加速度传感器设置于上述第一高频角速度传感器的安装轴线上、且上述第一加速度传感器位于上述第一高频角速度传感器的与上述预设原点相对的一端；上述第二加速度传感器设置于上述第二高频角速度传感器的安装轴线上、且上述第二加速度传感器位于上述第二高频角速度传感器的与上述预设原点相对的一端；上述第三加速度传感器设置于上述第三高频角速度传感器的安装轴线上、上述第三加速度传感器位于上述第三高频角速度传感器的与上述预设原点相对的一端。
备选的，上述第二角速度传感器组包括：第一低频角速度传感器、第二低频角速度传感器和第三低频角速度传感器；上述第二角速度传感器组被配置为：上述第一低频角速度传感器设置于上述第一高频角速度传感器和上述第一加速度传感器之间的上述第一加速度传感器的安装轴线上；上述第二低频角速度传感器设置于上述第二高频角速度传感器和上述第二加速度传感器之间的上述第二加速度传感器的安装轴线上；上述第三低频角速度传感器设置于上述第三高频角速度传感器和上述第三加速度传感器之间的上述第三加速度传感器的安装轴线上。
本发明的又一方面，提供了一种电子设备。
电子设备包括：
一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个指令，其中，当上述一个或多个指令被上述一个或多个处理器执行时，使得上述一个或多个处理器实现上述的。
基于上述技术方案可以看出，本发明的实施例相对于现有技术具有如下有益效果：
由于利用第一传递函数或第二传递函数，构建滤波器传递函数，再根据第一传递函数、第二传递函数和滤波器传递函数构建频率响应特性函数，然后利用频率响应特性函数对第一角速度信号和第二角速度信号按照频率范围进行滤波处理，来滤除第一角速度信号和第二角速度信号中不满足需求的信号，可以得到在整个测量的频率范围准确性和稳定性均满足需求的第三角速度信号，进而减少了姿态测量的误差，提高了姿态测量的准确性，在利用第三角速度信号和加速度信号得到惯性测量单元对应的位置信息的情况下，也可以提高位置信息的准确性。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的数据处理方法的流程图。
图2示出了根据本发明实施例的获取第三角速度信号的示意图。
图3示出了根据本发明实施例的第三角速度信号最大幅值误差的示意图。
图4a示出了根据本发明实施例的MHD角速度传感器的频率与幅值关系的示意图。
图4b示出了根据本发明实施例的MHD角速度传感器的频率与相位关系的示意图。
图5示出了根据本发明实施例的第三角速度信号对应的输出频响曲线的示意图。
图6示出了根据本发明实施例的获取位置信息的流程图。
图7示出了根据本发明实施例的获取第t时刻姿态矩阵、第t时刻惯导速度和第t时刻位置信息的示意图。
图8示出了根据本发明实施例的MHD角速度传感器测量原理的示意图。
图9示出了根据本发明实施例的惯性测量装置的安装位置的示意图。
图10示出了根据本发明实施例的适于数据处理方法的电子设备的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等）。
惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）一般包含三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪，加速度计可以用于测量载体在惯性坐标系独立三轴的加速度信号，而陀螺测量载体相对于惯性坐标系的角速度信号，从而得到载体在三维空间的角速度和加速度，并结合初始位置信息解算得到时间域载体的姿态和位置。
在实现本发明构思的过程中，发现至少存在如下问题：
当载体处于宽频谱振动动态环境的情况下，微小振动会影响解算精度，因此需要对微小振动的测量更加敏感，因此，在利用常规的角速度传感器，计算载体的姿态和位置的过程中，会存在较大误差，导致准确度较低。
由此，需要一种数据处理方法，提高姿态和位置的测量精度。
为了至少部分地解决存在的技术问题，本发明提供了一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法、装置及电子设备，可以应用于捷联惯导技术领域。
根据本发明实施例，一方面提供了一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法。
图1示出了根据本发明实施例的数据处理方法的流程图。
如图1所示，引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法，惯性测量单元包括：第一角速度传感器组和第二角速度传感器组。
本发明实施例的引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法包括操作S110~操作S160。
在操作S110，基于第一角速度传感器组构建第一传递函数，基于第二角速度传感器组构建第二传递函数。
根据本发明的实施例，例如，第一角速度传感器组可以包括多个第一角速度传感器，第一角速度传感器可以是MHD（Magnetohydrodynamics，磁流体力学）角速度传感器。第一角速度传感器组可以包括3个MHD角速度传感器。通过兼具频带宽、精度高、工作寿命长、响应时间短、功耗低等优点的MHD角速度传感器，可以实现高频角振动信息的高精度传感，进而可以得到在高频范围内准确性和稳定性满足需求的角速度信号。具体的，高频范围可以为10~2000Hz，高频范围可以根据实际需求进行确定，本发明在此不做限定。
根据本发明的实施例，例如，可以基于第一角速度传感器组，得到与第一角速度传感器组对应的零点信息和极点信息。可以根据第一角速度传感器组包括的第一角速度传感器的零点信息和极点信息，利用拉普拉斯变换方法，构建第一传递函数。
根据本发明的实施例，例如，第一传递函数可以如公式（1）所示。
Figure SMS_1
（1）/>
其中，β1为MHD角速度传感器的零点，α1、α2为MHD角速度传感器的极点，且有α1对应的频率值小于α2对应的频率值，s为拉普拉斯变换得到的传递函数的变量。
根据本发明的实施例，例如，第二角速度传感器组可以包括多个第二角速度传感器组，第二角速度传感器组可以是MEMS（Micro Electro Mechanical System，微机电***）陀螺仪。第二角速度传感器组可以包括3个MEMS陀螺仪。MEMS陀螺仪测量在低频范围对角振动信息的传感效果好。
根据本发明的实施例，使用在高频范围内高精度敏感的MHD角速度传感器和在低频范围对角振动信息的传感效果好的MEMS陀螺仪测量进行组合，可以实现对宽频范围的角速度的测量，且可以精确测量到微小振动。
根据本发明的实施例，例如，可以基于第二角速度传感器组，得到与第二角速度传感器组对应的陀螺仪极点信息和增益信息。可以根据第二角速度传感器组包括的第二角速度传感器对应的陀螺仪极点信息和增益信息，利用拉普拉斯变换方法，构建第二传递函数。
根据本发明的实施例，例如，第二传递函数可以如公式（2）所示。
Figure SMS_2
（2）
其中，β0为MEMS陀螺仪的增益，δ1、δ2为MEMS陀螺仪的极点，且有δ1对应的频率值小于δ2对应的频率值。
在操作S120，根据第一传递函数或第二传递函数构建滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，根据第一传递函数构建的滤波器传递函数，可以用于构建用于校正第一角速度传感器组的滤波器。根据第二传递函数构建的滤波器传递函数，可以用于构建校正第二角速度传感器组的滤波器。
根据本发明的实施例，根据第一传递函数，构建与第一传递函数对应的滤波器传递函数，例如，可以包括：根据第一传递函数，确定与第一传递函数对应的极点信息；根据该极点信息，构建与第一传递函数对应的滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，例如，与第一传递函数对应的极点信息，可以包括上述与第一角速度传感器组对应的极点信息，以及新的极点信息。该新的极点信息可以是通过对上述与第一角速度传感器组对应的极点信息，进行频率截断处理得到的。可以对与第一角速度传感器组对应的极点信息，进行低频截断处理，得到新的极点信息；根据与第一角速度传感器对应的极点信息和新的极点信息，构建与第一传递函数对应的滤波器传递函数。可以根据第二角速度传感器组，确定低频截断处理对应的频率范围。例如，可以根据第二角速度传感器组包括的第二角速度传感器输出的准确性和稳定性满足需求的信号的频率范围，确定低频截断处理对应的频率范围。
根据本发明的实施例，还可以根据第二传递函数，构建与第二传递函数对应的滤波器传递函数，例如，可以包括：根据第二传递函数，确定与第二传递函数对应的极点信息和滤波器增益系数；根据该极点信息和滤波器增益系数，构建与第二传递函数对应的滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，例如，上述与第二传递函数对应的极点信息，可以包括：上述与第二角速度传感器组对应的陀螺仪极点信息，以及新的陀螺仪极点信息。该新的陀螺仪极点信息可以是通过对上述陀螺仪极点信息，进行频率截断处理得到的。例如，可以对陀螺仪极点信息进行高频截断处理，得到新的陀螺仪极点信息；根据上述陀螺仪极点信息、滤波器增益函数和新的陀螺仪极点信息，可以构建滤波器传递函数。可以根据第一角速度传感器组，确定高频截断处理对应的频率范围。例如，可以根据第一角速度传感器组包括的第一角速度传感器输出的准确性和稳定性满足需求的信号的频率范围，确定高频截断处理对应的频率范围。
在操作S130，根据第一传递函数、第二传递函数和滤波器传递函数，构建频率响应特性函数。
根据本发明的实施例，例如，滤波器传递函数可以是与第一传递函数对应的滤波器传递函数，或者可以是与第二传递函数对应的滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，例如，频率响应特性函数可以用于对第一角速度传感器组的输出信号和第二角速度传感器组的输出信号进行滤波和融合。通过在滤波后融合第一角速度传感器组的输出信号和第二角速度传感器组的输出信号，可以提高输出信号的稳定性。
根据本发明的实施例，例如，根据与第一传递函数对应的滤波器传递函数，可以得到与第一传递函数对应的频率响应特性函数；利用该与第一传递函数对应的频率响应特性函数，可以对第一角速度传感器组的输出信号中较为稳定的部分信号与第二角速度传感器组的输出信号进行融合。或者，根据与第二传递函数对应的滤波器传递函数，可以得到与第二传递函数对应的频率响应特性函数；利用该与第二传递函数对应的频率响应特性函数，可以将第二角速度传感器组的输出信号中较为稳定的部分信号，与第一角速度传感器组的输出信号融合。
在操作S140，利用频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到第三角速度信号，第三角速度信号用于姿态测量。
根据本发明的实施例，第一角速度信号为利用第一角速度传感器组得到的，第二角速度信号为利用第二角速度传感器组得到的。
根据本发明的实施例，例如，第一角速度传感器组可以输出稳定性和准确性满足需求的高频信号。由此，可以利用频率响应特性函数，将第一角速度信号的高频信号与第二角速度信号融合，得到稳定的第三角速度信号。高频范围可以为10~2000Hz，高频范围可以根据实际需求进行确定，本发明在此不做限定。
根据本发明的实施例，例如，第二角速度传感器组可以输出稳定性和准确性满足的低频信号。由此，可以利用频率响应特性函数，将第二角速度信号的低频信号与第一角速度信号融合，得到稳定的第三角速度信号。低频范围可以为0~10Hz，低频范围可以根据实际需求进行确定，本发明在此不做限定。
根据本发明的实施例，例如，在一些实施例中，可以将第一角速度信号的高频信号和第二角速度信号的低频信号进行融合，得到稳定性和准确性满足需求的第三角速度信号。
根据本发明的实施例，例如，通过将MHD角速度传感器与低频陀螺仪输出的角速度信号进行数据融合，可以在不过度消耗计算资源的基础上，提高惯性测量单元在所测量的频谱振动环境中的计算精度。
根据本发明的实施例，由于利用频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到准确性和稳定性满足需求的第三角速度信号，消耗的计算机资源较少，可以实现实时得到第三角速度信号。
在操作S150，基于加速度传感器组，得到加速度信号。
根据本发明的实施例，加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。加速度传感器在加速过程中，通过测量目标对应所受的惯性力，得可以到加速度值。加速度传感器可以由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。加速度传感器可以包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等，本领域技术人员可以基于实际传感需求对加速度传感器进行选择，本发明在此不做限定。
在操作S160，利用第三角速度信号和加速度信号，得到惯性测量单元对应的位置信息。
根据本发明的实施例，由于利用频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到准确性和稳定性满足需求的第三角速度信号，再将稳定的第三角速度信号用于惯性测量，可以提高惯性测量的准确性。
根据本发明的实施例，由于利用第一传递函数或第二传递函数，构建滤波器传递函数，再根据第一传递函数、第二传递函数和滤波器传递函数构建频率响应特性函数，然后利用频率响应特性函数对第一角速度信号和第二角速度信号按照频率范围进行滤波处理，来滤除第一角速度信号和第二角速度信号中不满足需求的信号，可以得到在整个测量的频率范围准确性和稳定性均满足需求的第三角速度信号，进而减少了惯性测量的误差，提高了惯性测量的准确性。
根据本发明的实施例，根据第一传递函数构建滤波器传递函数包括：
基于第一角速度传感器组构建第一滤波器。对第一滤波器进行第一截断处理，得到第一滤波器极点。根据第一滤波器极点和第一传递函数，构建滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，该滤波器传递函数可以由与第一角速度传感器组一一对应串联的滤波器得到的，该滤波器用于校正第一角速度传感器组的第一角速度信号。例如，通过利用该滤波器传递函数，可以滤除第一角速度传感器组测得信号中的，稳定性和准确性不满足需求的频率范围的信号。
根据本发明的实施例，基于第一角速度传感器组构建第一滤波器，例如，可以包括：基于第一角速度传感器组，确定与第一角速度传感器组对应的极点分布位置；根据与第一角速度传感器组对应的极点分布位置，构建第一滤波器。根据与第一角速度传感器组对应的极点分布位置，构建第一滤波器，例如，可以包括：根据与第一角速度传感器组对应的极点分布位置，得到与第一角速度传感器组对应的极点；根据与第一角速度传感器组对应的极点，构建第一滤波器。
根据本发明的实施例，对第一滤波器进行第一截断处理，得到第一滤波器极点。例如，由第一角速度传感器组测得的信号的准确性和稳定性，可以在高频范围内满足需求。由此，第一截断处理可以是低频截断处理，第一滤波器极点可以是高频范围对应的第一滤波器极点。对第一滤波器进行第一截断处理，得到第一滤波器极点。
根据本发明的实施例，根据第一滤波器极点和第一传递函数，构建滤波器传递函数，例如，可以根据低频范围对应的第一滤波器极点和第一传递函数，构建与第一角速度传感器的高频输出信号对应的滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，例如，与第一角速度传感器的高频输出信号对应的滤波器传递函数，可以如公式（3）所示。
Figure SMS_3
（3）
其中，GMHD-C可以为第一角速度传感器组对应的滤波器传递函数，α1可以为与第一角速度传感器组对应的极点，P1可以为第一滤波器极点，且有P1对应的频率值大于α1对应的频率值。
根据本发明的实施例，由于对第一滤波器进行第一截断处理，得到第一滤波器极点，再根据第一滤波器极点和第一传递函数，构建滤波器传递函数，可以使第一滤波器针对性地滤除第一角速度信号中不满足需求的频率范围的信息，进而可以提高第三角速度信号的准确性和稳定性。
根据本发明的实施例，例如，与第一传递函数对应的频率响应特性函数可以如公式（4）所示。
Figure SMS_4
（4）
其中，GFusion（s）可以为频率响应特性函数，GMHD-C可以为第一角速度传感器组对应的滤波器传递函数，GMHD（s）可以为第一传递函数，GMEMS（s）可以为第二传递函数。
根据本发明的实施例，根据第二传递函数构建滤波器传递函数包括：
基于第二角速度传感器组构建第二滤波器。对第二滤波器进行第二截断处理，得到第二滤波器极点。根据第二滤波器极点和第二传递函数，构建滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，该滤波器传递函数，可以是与第二角速度传感器组一一对应串联的，用于校正第二角速度传感器组的滤波器的传递函数。例如，通过利用该滤波器传递函数，可以滤除第二角速度传感器组测得信号中的，稳定性和准确性不满足需求的频率范围的信号。
根据本发明的实施例，基于第二角速度传感器组构建第二滤波器，例如，可以包括：基于第二角速度传感器组，确定与第二角速度传感器组对应的极点分布位置；根据与第二角速度传感器组对应的极点分布位置，构建第二滤波器。
根据与第二角速度传感器组对应的极点分布位置，构建第二滤波器，可以包括：根据与第二角速度传感器组对应的极点分布位置，得到与第二角速度传感器组对应的极点；根据与第二角速度传感器组对应的极点，构建第二滤波器。
根据本发明的实施例，对第二滤波器进行第二截断处理，得到第二滤波器极点。例如，由第二角速度传感器组测得的信号的准确性和稳定性，可以在低频范围内满足需求。由此，第二截断处理可以是高频截断处理，第二滤波器极点可以是低频范围对应的第二滤波器极点。对第二滤波器进行第二截断处理，得到第二滤波器极点。
根据本发明的实施例，根据第二滤波器极点和第二传递函数，构建滤波器传递函数，例如，可以根据低频范围对应的第二滤波器极点和第二传递函数，确定滤波器增益系数；根据第二滤波器极点、第二传递函数和滤波器增益系数，构建与第二角速度传感器的低频输出信号对应的滤波器传递函数。
根据本发明的实施例，例如，与第二角速度传感器的低频输出信号对应的滤波器传递函数，可以如公式（5）所示。
Figure SMS_5
（5）
其中，GMEMS-C（s）为第二角速度传感器组对应的滤波器传递函数，δ1为与第二角速度传感器组对应的极点，Q1可以为第二滤波器极点，且有Q1对应的频率值小于δ1对应的频率值，K1为保证校正信号标度因数不变的滤波器增益系数。
根据本发明的实施例，由于对第二滤波器进行第二截断处理，得到第二滤波器极点，再根据第二滤波器极点和第二传递函数，构建滤波器传递函数，可以使第二滤波器针对性地滤除第二角速度信号中不满足需求的频率范围的信息，进而可以提高第三角速度信号的准确性和稳定性。
根据本发明的实施例，例如，与第二传递函数对应的频率响应特性函数，可以如公式（6）所示。
Figure SMS_6
（6）
其中，GFusion（s）可以为频率响应特性函数，GMEMS-C可以为第二角速度传感器对应的滤波器传递函数，GMHD（s）可以为第一传递函数，GMEMS（s）可以为第二传递函数。
根据本发明的实施例，上述引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法还包括：通过优化算法处理第一滤波器极点，得到目标第一滤波器极点；通过优化算法处理第二滤波器极点，得到目标第二滤波器极点；根据目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点优化滤波器传递函数，以便优化频率响应特性函数。
根据本发明的实施例，通过优化算法处理第一滤波器极点，得到目标第一滤波器极点。例如，可以包括：利用优化算法对第一滤波器的参数进行优化，确定第一滤波器的最优参数，最优参数可以与频率响应特性函数对应；根据第一滤波器的最优参数，确定目标第一滤波器极点。
根据本发明的实施例，通过优化算法处理第二滤波器极点，得到目标第二滤波器极点。例如，可以包括：利用优化算法对第二滤波器的参数进行优化，确定第二滤波器的最优参数，最优参数可以与频率响应特性函数对应；根据第二滤波器的最优参数，确定目标第二滤波器极点。
根据本发明的实施例，例如，为了得到满足需求的第三角速度信号，需要保证频率响应特性函数GFusion（s）的幅值尽量趋近于1，即第三角速度信号的幅频表现为全通，可以将频率响应特性函数的幅频表示为dB形式，如公式（7）所示：
Figure SMS_7
（7）
滤波器的最优参数，可以是使
Figure SMS_8
与0dB之间的偏差最小的参数。该参数可以是使公式（7）取最小值的目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点。根据该目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点，可以使得/>
Figure SMS_9
取最大值。由此，通过确定的目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点，可以优化第一滤波器和第二滤波器，进而可以优化频率响应特性函数。
在确定目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点之后，第一角速度信号和第二角速度信号经数据融合后，可以得到惯性测量单元测量的全频带内的第三角速度信号。
根据本发明的实施例，由于通过优化算法获取目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点，再根据目标第一滤波器极点和目标第二滤波器极点优化滤波器传递函数，可以提高滤波的准确度，进而可以提高第三角速度信号的准确性和稳定性。
根据本发明的实施例，例如，可以先使用扫频法，对第一角速度传感器组和第二角速度传感器组的频率响应特性进行测试。可以是将第一角速度传感器组和第二角速度传感器组同轴安装在测试转台上，并通过工装保证上述两个角速度传感器组中各个传感器的敏感轴，与测试转台的角振动台转动轴彼此之间的同轴度。第一角速度传感器组的测试频率范围可以设定为0.1-700Hz，对第二角速度传感器组的测试频率范围可以设定为0.1-200Hz。在设定上述测试频率范围的情况下，可以利用数据采集卡同步采集第一角速度传感器组、第二角速度传感器组以及测试转台输出的基准信号。并可以利用FFT（快速傅里叶变换）提取上述测试频率范围对应的，第一角速度传感器组输出的频响数据，以及第二角速度传感器组输出的频响数据，其中，频响数据包括幅值和相位。
根据本发明的实施例，在获得频响数据后，可以利用MATLAB软件的invfreqs函数对第一角速度传感器组的频响数据和第二角速度传感器组的频响数据进行拟合，得到第一角速度传感器组和第二角速度传感器组的归一化的第一传递函数GMHD（s）和第二传递函数GMEMS（s），可以如公式（8）和公式（9）所示：
Figure SMS_10
（8）
Figure SMS_11
（9）
在得到第一传递函数GMHD（s）和第二传递函数GMEMS（s）的情况下，例如，可以对第二角速度传感器组配置第二滤波器。可以根据公式（10）得到第二传递函数对应的零极点模型：
Figure SMS_12
（10）
对第二滤波器进行第二截断处理，可以将第二滤波器的形式设置为公式（11）。
Figure SMS_13
（11）
GMEMS-C（s）可以为第二角速度传感器需要串联的第二滤波器，P1，Q1可以为第二角速度传感器经过第二截断处理后得到的新极点。为保证经过零极点变换后MEMS陀螺仪的标度因数保持不变，可以将在公式（11）中引入滤波器增益系数K1。其中，K1=P1·Q1/（323.5*188.3）。
图2示出了根据本发明实施例的获取第三角速度信号的示意图。
如图2所示，根据第一传递函数GMHD220，和第二传递函数GMEMS230，可以对测得的角速度信号R（s）210进行处理，进而输出融合的第三角速度信号Y（s）250，角速度信号R（s）210包括第一角速度信号和第二角速度信号。虚线框区域可以表示根据变换后的零点和极点240，对第二传递函数GMEMS230处理的角速度信号进行滤波。
为得到理想的融合效果，可以确定P1，Q1的最优解。可以通过在MATLAB中进行仿真，不断改变P1，Q1的值，来确定P1，Q1的最优解。然后在MATLAB中可以计算第三角速度信号。
Figure SMS_14
（6）
GFusion可以是融合输出的表达式，即频率响应特性函数。
在确定P1和Q1对应的数值范围之后，可以计算在不同P1，Q1情况下，融合输出公式（5）的幅频响应与1之间的最大幅值误差，可以将公式（5）表示成dB形式为
Figure SMS_15
。
图3示出了根据本发明实施例的第三角速度信号最大幅值误差的示意图。
如图3所示，可以将图中最大幅值误差的最小值对应的P1，Q1参数，作为MEMS高频截断后的最优极点。当P1，Q1设置为该参数时，融合曲线幅值波动最小，融合效果最佳，公式（12）可以是最优滤波器。
Figure SMS_16
（12）
图4a示出了根据本发明实施例的MHD角速度传感器的频率与幅值关系的示意图。
图4b示出了根据本发明实施例的MHD角速度传感器的频率与相位关系的示意图。
如图4a和图4b所示，融合前MHD角速度传感器的输出频响曲线可以包括频率与幅值的关系，以及可以包括频率与相位的关系。在0.1-1Hz内输出幅值波动较大，在-18dB至0dB间波动，则可以确定融合前的MHD角速度传感器在低频率范围内不满足需求。
图5示出了根据本发明实施例的第三角速度信号对应的输出频响曲线的示意图。
如图5所示，根据上述最优滤波器在FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）上实时输出的融合后的第三角速度信号对应的输出频响曲线。该输出频响曲线可以包括幅值与频率的关系，以及可以包括相位和频率的关系。可以确定，在对MEMS陀螺仪进行零极点配置滤波的情况下，第三角速度信号在0.1-700Hz内输出幅值在-1.29dB至0.026dB间波动，最大相位滞后49.61°，最大相位超前4.32°，在全频率范围（即10-1~103Hz）输出幅值波动大幅减小。根据上述的分析可知，对MEMS陀螺仪进行零极点配置滤波校正能够实现MHD-IMU的宽频带融合。
图6示出了根据本发明实施例的获取位置信息方法的流程图。
如图6所示，引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法包括操作S610~S680。
在操作S610，构建地理坐标系、载体坐标系和惯性坐标系。
根据本发明的实施例，例如，地理坐标系可以是“东北天”坐标系；载体坐标系可以是根据设置惯性测量单元的载体建立的。
在操作S620，基于圆锥误差算法对第三角速度信号进行圆锥误差补偿，得到第四角速度信号。
根据本发明的实施例，例如，可以利用双子样圆锥误差算法，对第三角速度信号进行圆锥误差补偿，得到第四角速度信号，减少了角速度信号的误差。
在操作S630，对第四角速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量。
根据本发明的实施例，例如，等间隔采样可以是根据相等的时间间隔进行采样。例如，可以对第四角速度信号在相等的时间间隔内，确定不同坐标系下的第一旋转变化量和第二旋转变化量。
根据本发明的实施例，例如，第一旋转变化量和第二旋转变化量，可以是在第t-1时刻到第t时刻惯性测量单元的不同坐标系下的角度变化量。
在操作S640，基于第t-1时刻的姿态矩阵、第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量，得到第t时刻的姿态矩阵。
根据本发明的实施例，例如，在t=1的情况下，可以直接测得第1时刻的姿态矩阵；在t=2的情况下，可以基于第1时刻的姿态矩阵，第1时刻到第2时刻的第一旋转变化量和第1时刻到第2时刻的第二旋转变化量，得到第2时刻的姿态矩阵。由此，可以在t＞2的情况下，可以基于第t-1时刻的姿态矩阵、第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量，得到第t时刻的姿态矩阵。
在操作S650，利用加速度传感器组得到加速度信号。
根据本发明的实施例，加速度传感器组可以包括多个加速度计。例如，加速度计可以是石英挠性加速度计。
在操作S660，对加速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻加速度。
根据本发明的实施例，例如，等间隔采样可以是根据相等的时间间隔进行采样。例如，可以通过对加速度进行等间隔采样，得到第1时刻，第2时刻和第3时刻的加速度。其中，第1时刻和第2时刻之间的时间间隔，等于第2时刻和第3时刻的时间间隔。
在操作S670，基于第t-1时刻的姿态矩阵、第t-1时刻加速度、第四角速度信号和第t-1时刻的惯导速度，得到第t时刻的惯导速度。
根据本发明的实施例，例如，在t=1的情况下，可以直接测得第1时刻的惯导速度；在t=2的情况下，可以基于第1时刻的姿态矩阵，第1时刻加速度、第四角速度和第1时刻的惯导速度，得到第2时刻的惯导速度。由此，在t＞2的情况下，可以基于第t-1时刻的姿态矩阵、第t-1时刻加速度、第四角速度和第t-1时刻的惯导速度，得到第t时刻的惯导速度。
在操作S680，基于第t-1时刻的位置信息、第t-1时刻的惯导速度和第t时刻的惯导速度，得到第t时刻的位置信息。
根据本发明的实施例，第一旋转变化量为以惯性坐标系作为参考基准，在地理坐标系中的旋转变化量，第二旋转变化量为以惯性坐标系作为参考基准，在载体坐标系中的旋转变化量，t为大于2的整数。
根据本发明的实施例，例如，在t=1的情况下，可以直接测得第1时刻的位置信息；在t=2的情况下，可以基于第1时刻的位置信息、第1时刻的惯导速度和第2时刻的惯导速度，得到第2时刻的位置信息。由此，在t＞2的情况下，可以基于第t-1时刻的位置信息、第t-1时刻的惯导速度和第t时刻的惯导速度，得到第t时刻的位置信息。
根据本发明的实施例，通过利用圆锥误差算法对第三角速度进行圆锥误差补偿，降低了误差，再基于第t-1时刻的姿态矩阵和对应的旋转变化量，得到第t时刻的姿态矩阵，确定了不同时刻的准确度满足需求的姿态矩阵，再对加速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻加速度，然后基于第t-1时刻的姿态矩阵、第t-1时刻加速度、第四角速度和第t-1时刻的惯导速度，得到第t时刻的惯导速度，确定了不同时刻的准确度满足需求的惯导速度，进而可以通过准确度满足需求的惯导速度和姿态矩阵，确定不同时刻的位置信息，提高了所确定的位置信息的准确性。
根据本发明的实施例，例如，可以建立“东北天”地理坐标系、载体坐标系和惯性坐标系。可以将“东北天”地理坐标系记为n系，载体坐标系为b系，惯性坐标系为i系。经过零极点配置滤波校正，从MEMS陀螺仪和MHD角速度传感器得到融合的第三角速度信号；对第三角速度信号需要进行圆锥误差补偿，由此通过采用双子样圆锥误差算法，对第三角速度信号进行补偿，可以得到第四角速度信号
Figure SMS_17
。可以设第四角速度信号/>
Figure SMS_18
在时间段[tm-1，tm]内进行了两次等间隔采样，可以得到第一旋转变化量∆θm1和第二旋转变化量∆θm2。根据第一旋转变化量∆θm1和第二旋转变化量∆θm2，可以通过公式（13）得到等效旋转矢量/>
Figure SMS_19
：
Figure SMS_20
（13）
进而，等效旋转矢量
Figure SMS_21
与方向余弦矩阵/>
Figure SMS_22
的关系可以如公式（14）所示：
Figure SMS_23
（14）
其中，
Figure SMS_24
代表反对称阵，
对于
Figure SMS_25
，由此，/>
Figure SMS_26
如公式（15）所示：
Figure SMS_27
（15）
其中，x，y，z分别与惯性坐标系的三个坐标轴对应。
根据上一时刻载体坐标系b系相对于地理坐标系n系的姿态矩阵
Figure SMS_28
，可以通过姿态阵链乘拆解方法得到此时刻的载体坐标系b系相对于地理坐标系n系的姿态矩阵
Figure SMS_29
，如公式（16）、公式（17）和公式（18）所示。
Figure SMS_30
（16）
Figure SMS_31
（17）
Figure SMS_32
（18）
其中，
Figure SMS_33
表示以惯性坐标系i系作为参考基准，地理坐标系n系从tm-1到tm时刻的旋转变化，可由角速度/>
Figure SMS_34
确定；/>
Figure SMS_35
表示以惯性坐标系i系作为参考基准，载体坐标系b系从tm-1到tm时刻的旋转变化，可由第四角速度信号/>
Figure SMS_36
确定。其中，tm-1时刻可以表示tm的上一时刻，可以与上述第t-1时刻对应；tm是当前时刻，可以与上述第t时刻对应，
Figure SMS_37
可以表征当前时刻的/>
Figure SMS_38
。
由于载体的位置和速度引起的导航坐标系相对于惯性坐标系的旋转量
Figure SMS_39
变化很小，因此可以将/>
Figure SMS_44
视为常值，其包括两部分：地球自转引起的导航系旋转量/>
Figure SMS_46
与***在地球表面附近移动因地球表面弯曲而引起的导航坐标系旋转量/>
Figure SMS_41
，即/>
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。/>
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和/>
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可以对应中间角速度，可通过上一时刻的位置信息和速度信息计算得到；在得到更新后的姿态矩阵/>
Figure SMS_40
的情况下，可以通过计算，将更新后的姿态矩阵/>
Figure SMS_42
转化为欧拉角或四元数，得到更新后载体在当前时刻的姿态信息。
根据本发明的实施例，例如，可以先确定载体的初始位置，再对加速度传感器组输出的加速度的进行旋转或划桨误差补偿，扣除阻碍加速度，获得载体在导航坐标系下的几何运动加速度，即上述加速度信号。可以对加速度信号进行第一次积分得到惯导速度，再对惯导速度进行积分得到位移信息，由此，可以基于上一时刻的位置，得到更新后的当前时刻的位置信息。
例如，加速度信号可以通过公式（19）所示的比力方程求得。
Figure SMS_48
（19）
其中，
Figure SMS_49
为载体坐标系b系相对于地理坐标系n系的姿态矩阵，/>
Figure SMS_50
为加速度传感器组测量的比力，/>
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为由载体运动和地球自转引起的哥氏加速度，/>
Figure SMS_52
为由载体运动引起的对地向心加速度，/>
Figure SMS_53
为重力加速度，/>
Figure SMS_54
可以表示为阻碍加速度。
可知，需在加速度传感器组输出中扣除阻碍加速度，通过旋转误差补偿和划桨误差补偿方法，可得到载体在导航坐标系下几何运动加速度，即上述加速度信号。在时间段[tm-1，tm]内积分可得当前时刻的惯导速度，即当前时刻的惯导速度可通过公式（20）计算得到。
Figure SMS_55
（20）
其中，
Figure SMS_56
和/>
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分别为tm-1和tm时刻的惯导速度，/>
Figure SMS_58
为时间段[tm-1，tm]内的导航系比力速度增量，该比力速度增量可以通过公式（21）计算得到。
Figure SMS_59
（21）
Figure SMS_60
为阻碍加速度的速度增量，可以如公式（22）所示。
Figure SMS_61
（22）
Tm为上一时刻与这一时刻的时间间隔。
在确定初始时刻位置的情况下，惯性测量单元的位置信息对应的微分方程式如公式（23）、公式（24）和公式（25）所示。
Figure SMS_62
（23）
Figure SMS_63
（24）
Figure SMS_64
（25）
其中，λ为经度，L为纬度，h为惯性测量单元距地面高度，
Figure SMS_65
为惯性测量单元沿东方向上的速度，/>
Figure SMS_66
为惯性测量单元沿北方向上的速度，/>
Figure SMS_67
为惯性测量单元沿天方向上的速度，sec为正割函数。
可以将惯性测量单元的位置信息改写为矩阵形式，如公式（26）、公式（27）、公式（28）、公式（29）和公式（30）所示。
Figure SMS_68
（26）
Figure SMS_69
（27）
Figure SMS_70
（28）
Figure SMS_71
（29）
Figure SMS_72
（30）
其中
Figure SMS_73
为惯导速度，RM为地球长半轴长度，/>
Figure SMS_74
，RN为地球短半轴长度，
Figure SMS_75
，e为地球第一偏心率，/>
Figure SMS_76
，f为地球椭圆度，即地球扁率，Re为平均赤道半径。
根据上一时刻位置信息pm-1、上一时刻惯导速度
Figure SMS_77
、当前时刻惯导速度/>
Figure SMS_78
、上半个时刻载体的姿态矩阵/>
Figure SMS_79
，可以得到更新的当前时刻位置信息pm，如公式（31）所示。
Figure SMS_80
（31）
图7示出了根据本发明实施例的获取第t时刻姿态矩阵、第t时刻惯导速度和第t时刻位置信息的示意图。
如图7所示，可以先获取第t时刻的第三角速度信号701，再利用圆锥误差算法对第t时刻的第三角速度信号701进行补偿，得到补偿后的第三角速度信号702。再根据中间角速度704，以及补偿后的第三角速度信号702，得到第t时刻的姿态矩阵。其中，中间角速度704可以是根据第t-1时刻的惯导速度706和第t-1时刻的位置信息710得到的。可以通过加速度传感器组测得第t时刻的加速度增量707，可以对第t时刻的加速增量进行处理，得到加速度信号708。可以根据加速度信号708、中间角速度704和第t时刻的惯导速度706，得到第t时刻的惯导速度709。可以根据第t-1时刻的惯导速度706和第t-1时刻的位置信息710，得到第t时刻的位置信息711。
本发明的另一方面，提供了一种惯性测量装置，包括：
惯性测量单元。载体，惯性测量单元安装在载体上。其中，惯性测量单元包括第一角速度传感器组和第二角速度传感器组。第一角速度传感器组，用于构建第一传递函数。第二角速度传感器组，用于构建第二传递函数，以便根据第一传递函数或第二传递函数构建滤波器传递函数。第一角速度传感器还用于获取第一角速度信号。第二角速度传感器还用于获取第二角速度信号，以便利用频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到第三角速度信号。其中，频率响应特性函数是根据第一传递函数、第二传递函数和滤波器传递函数构建的，第三角速度信号用于惯性测量。
根据本发明的实施例，由于利用第一传递函数或第二传递函数，构建滤波器传递函数，再根据第一传递函数、第二传递函数和滤波器传递函数构建频率响应特性函数，然后利用频率响应特性函数对第一角速度信号和第二角速度信号按照频率范围进行滤波处理，可以得到在整个测量的频率范围准确性和稳定性均满足需求的第三角速度信号，进而减少了惯性测量的误差，提高了惯性测量的准确性。
根据本发明的实施例，第一角速度传感器组包括：
安装轴线正交的第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器。
第一角速度传感器组被配置为：
第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器各自的安装轴线正交于预设原点。
根据本发明的实施例，例如，第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器，均可以是MHD角速度传感器。
根据本发明的实施例，例如，MHD角速度传感器是通过导电流体在旋转磁场中的电磁感应现象对第一角速度信号进行测量的，具体原理可以包括：导电流体灌装于与载体固连的环形通道内，环形通道上下壁面绝缘，内外壁面导电，旋转磁场由与MHD角速度传感器壳体固连的永磁体提供。当载体旋转时，导电流体由于流动性和惯性与惯性空间保持相对静止，与旋转磁场间形成相对流速，进而在环形通道的内外壁面间诱发与输入角速度成正比的动生电动势。当载体旋转频率较低时，相对流速较弱，动生电动势会衰减。
根据本发明的实施例，例如，载体上可以设置有三条互相正交的安装轴线，第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器可以平行于安装轴线进行安装。通过上述安装方式，可以将第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器，固连在载体的正交轴上，使第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器可以测量载体绕三个正交轴的高频振动角速度，该高频震动角速度的范围可以是10-1000Hz。
图8示出了根据本发明实施例的MHD角速度传感器测量原理的示意图。
如图8所示，导电流体罐装于与壳体固连的环形通道内，其通道上下壁面导电，内外壁面绝缘，径向静磁场Bz由与传感器壳体固连的永磁体提供。当载体以角速度Ω旋转时，导电流体由于流动性和惯性与惯性空间保持相对静止，与旋转的磁场形成相对流速，进而在环形通道的上下壁面间诱发与输入角速度Ω成正比的动生电动势EMHD，该电动势经后级电路放大、滤波后输出。进一步地，在本发明实施例中，所用MHD角速度传感器的带宽4-1000Hz，等效噪声角小于5μrad RMS（Root Mean Square，均方根）。
根据本发明的实施例，惯性测量单元还包括：
加速度传感器组；加速度传感器组包括第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器。
加速度传感器组被配置为：第一加速度传感器设置于第一高频角速度传感器的安装轴线上、且第一加速度传感器位于第一高频角速度传感器的与预设原点相对的一端；第二加速度传感器设置于第二高频角速度传感器的安装轴线上、且第二加速度传感器位于第二高频角速度传感器的与预设原点相对的一端；以及第三加速度传感器设置于第三高频角速度传感器的安装轴线上、第三加速度传感器位于第三高频角速度传感器的与预设原点相对的一端。
根据本发明的实施例，例如，第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器，均可以是石英挠性加速度计。
根据本发明的实施例，通过上述设置方式将第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器固连在上述载体上，可以使第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器测量载体沿三个正交轴的加速度。
根据本发明的实施例，例如，石英挠性加速度计的敏感轴可以安装在与MHD角速度传感器的敏感轴平行的三个正交轴上，用于测量载体沿三个正交轴的加速度。在本发明实施例中，选用的加速度传感器的测量范围可以是±45g，抗冲击可以是100g，阈值可以是10μg。
根据本发明的实施例，第二角速度传感器组包括：
第一低频角速度传感器、第二低频角速度传感器和第三低频角速度传感器。
第二角速度传感器组被配置为：第一低频角速度传感器设置于第一高频角速度传感器和第一加速度传感器之间的安装轴线上。第二低频角速度传感器设置于第二高频角速度传感器和第二加速度传感器之间的安装轴线上。以及第三低频角速度传感器设置于第三高频角速度传感器和第三加速度传感器之间的安装轴线上。
根据本发明的实施例，例如，第一低频角速度传感器、第二低频角速度传感器和第三低频角速度传感器，均可以是MEMS陀螺仪。
根据本发明的实施例，例如，通过上述设置方式，可以将第一低频角速度传感器、第二低频角速度传感器和第三低频角速度传感器，固连在载体上。可以使第一低频角速度传感器、第二低频角速度传感器和第三低频角速度传感器，测量载体绕三个正交轴的低频角速度。
根据本发明的实施例，例如，MEMS陀螺仪的敏感轴安装在与MHD角速度传感器敏感轴平行的三个正交轴上，用于测量低频下（0-10Hz）载体绕三个正交轴的角速度。在本发明实施例中，选用的MEMS陀螺仪的带宽可以为22Hz，零漂可以为3.5°/h，角度随机游走可以为0.1°/h1/2。
图9示出了根据本发明实施例的惯性测量装置安装位置的示意图。
如图9所示，第一高频角速度传感器910、第一低频角速度传感器920、第一加速度传感器930，可以按照离坐标系原点从近至远的方式，设置在z轴上；第二高频角速度传感器940、第二低频角速度传感器950、第二加速度传感器960，可以按照离坐标系原点从近至远的方式，设置在x轴上；第三高频角速度传感器970、第三低频角速度传感器980、第三加速度传感器990，可以按照离坐标系原点从近至远的方式，设置在y轴上。
根据本发明的实施例，通过上述对第一角速度传感器组、加速度传感器组、第二角速度传感器组的连接方式，可以使第一角速度传感器组、加速度传感器组和第二角速度传感器组平行于安装轴线安装，载体可以为上述第一角速度传感器组、加速度传感器组和第二角速度传感器组提供安装定位基准，合理分布传感器的安装位置，使各个传感器协同工作。
图10示出了根据本发明实施例的适于数据处理方法的电子设备的框图。
图10示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，根据本发明实施例的计算机电子设备1000包括处理器1001，其可以根据存储在只读存储器（ROM）1002中的程序或者从存储部分1008加载到随机访问存储器（RAM）1003中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器1001例如可以包括通用微处理器（例如CPU）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（ASIC）），等等。处理器1001还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器1001可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM1003中，存储有电子设备1000操作所需的各种程序和数据。处理器1001、ROM1002以及RAM1003通过总线1004彼此相连。处理器1001通过执行ROM1002和/或RAM1003中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，程序也可以存储在除ROM1002和RAM1003以外的一个或多个存储器中。处理器1001也可以通过执行存储在一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
根据本发明的实施例，电子设备1000还可以包括输入/输出（I/O）接口1005，输入/输出（I/O）接口1005也连接至总线1004。电子设备1000还可以包括连接至I/O接口1005的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分1006；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等输出部分1007；包括硬盘等的存储部分1008；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1009。通信部分1009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1010也根据需要连接至I/O接口1005。可拆卸介质1011，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1008。
根据本发明的实施例，根据本发明实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。在该计算机程序被处理器1001执行时，执行本发明实施例的***中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的***、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/***中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/***中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM1002和/或RAM1003和/或ROM1002和RAM1003以外的一个或多个存储器。
在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分1009被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，示意性示出了按照本发明各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明本发明的目的、技术方案和有益效果，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法，其特征在于，所述惯性测量单元包括：第一角速度传感器组、第二角速度传感器组和加速度传感器组；
所述数据处理方法包括：
基于所述第一角速度传感器组构建第一传递函数，基于所述第二角速度传感器组构建第二传递函数；
根据所述第一传递函数或所述第二传递函数构建滤波器传递函数；
根据所述第一传递函数、所述第二传递函数和所述滤波器传递函数，构建频率响应特性函数；
利用所述频率响应特性函数处理第一角速度信号和第二角速度信号，得到第三角速度信号，所述第三角速度信号用于姿态测量；
基于所述加速度传感器组，得到加速度信号；
利用所述第三角速度信号和所述加速度信号，得到所述惯性测量单元对应的位置信息；
其中，所述第一角速度传感器组包括所述磁流体传感器，所述第一角速度信号为利用所述第一角速度传感器组得到的，所述第二角速度信号为利用所述第二角速度传感器组得到的。
2.如权利要求1所述的引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法，其特征在于，所述根据所述第一传递函数构建滤波器传递函数包括：
基于所述第一角速度传感器组构建第一滤波器；
对所述第一滤波器进行第一截断处理，得到第一滤波器极点；
根据所述第一滤波器极点和所述第一传递函数，构建所述滤波器传递函数。
3.如权利要求2所述的引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法，其特征在于，所述根据所述第二传递函数构建滤波器传递函数包括：
基于所述第二角速度传感器组构建第二滤波器；
对所述第二滤波器进行第二截断处理，得到第二滤波器极点；
根据所述第二滤波器极点和所述第二传递函数，构建所述滤波器传递函数。
4.如权利要求3所述的引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法，其特征在于，所述引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法还包括：
通过优化算法处理所述第一滤波器极点，得到目标第一滤波器极点；
通过所述优化算法处理所述第二滤波器极点，得到目标第二滤波器极点；
根据所述目标第一滤波器极点和所述目标第二滤波器极点优化所述滤波器传递函数，以便优化所述频率响应特性函数。
5.如权利要求1所述的引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法，其特征在于，所述利用所述第三角速度信号和所述加速度信号，得到所述惯性测量单元对应的位置信息包括：
构建地理坐标系、载体坐标系和惯性坐标系；
基于圆锥误差算法对所述第三角速度信号进行圆锥误差补偿，得到第四角速度信号；
对所述第四角速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量；
基于第t-1时刻的姿态矩阵、所述第t-1时刻到第t时刻的第一旋转变化量和所述第t-1时刻到第t时刻的第二旋转变化量，得到所述第t时刻的姿态矩阵；
利用所述加速度传感器组得到加速度信号；
对所述加速度信号进行等间隔采样，得到第t-1时刻加速度；
基于所述第t-1时刻的姿态矩阵、所述第t-1时刻加速度、所述第四角速度信号和第t-1时刻的惯导速度，得到第t时刻的惯导速度；
基于第t-1时刻的位置信息、所述第t-1时刻的惯导速度和所述第t时刻的惯导速度，得到第t时刻的位置信息；
其中，所述第一旋转变化量为以所述惯性坐标系作为参考基准，在所述地理坐标系中的旋转变化量，所述第二旋转变化量为以所述惯性坐标系作为参考基准，在所述载体坐标系中的旋转变化量，t为大于2的整数。
6.一种惯性测量装置，其特征在于，包括：
惯性测量单元；以及
载体，所述惯性测量单元安装在所述载体上；
其中，所述惯性测量单元包括第一角速度传感器组、第二角速度传感器组和加速度传感器组；
所述第一角速度传感器组，用于构建第一传递函数；
所述第二角速度传感器组，用于构建第二传递函数，
以便根据所述第一传递函数或所述第二传递函数构建滤波器传递函数；
所述第一角速度传感器组还用于获取第一角速度信号；
所述第二角速度传感器组还用于获取第二角速度信号，以便利用频率响应特性函数处理所述第一角速度信号和所述第二角速度信号，得到第三角速度信号，其中，所述频率响应特性函数是根据所述第一传递函数、所述第二传递函数和所述滤波器传递函数构建的，所述第三角速度信号用于姿态测量；
所述加速度传感器组，用于得到加速度信号，以便利用所述第三角速度信号和所述加速度信号，得到所述惯性测量单元对应的位置信息。
7.如权利要求6所述的惯性测量装置，其特征在于，所述第一角速度传感器组包括：第一高频角速度传感器、第二高频角速度传感器和第三高频角速度传感器；
所述第一角速度传感器组被配置为：
所述第一高频角速度传感器、所述第二高频角速度传感器和所述第三高频角速度传感器各自的安装轴线正交于预设原点。
8.如权利要求7所述的惯性测量装置，其特征在于，所述加速度传感器组包括第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器；
所述加速度传感器组被配置为：
所述第一加速度传感器设置于所述第一高频角速度传感器的安装轴线上、且所述第一加速度传感器位于所述第一高频角速度传感器的与所述预设原点相对的一端；
所述第二加速度传感器设置于所述第二高频角速度传感器的安装轴线上、且所述第二加速度传感器位于所述第二高频角速度传感器的与所述预设原点相对的一端；
所述第三加速度传感器设置于所述第三高频角速度传感器的安装轴线上、所述第三加速度传感器位于所述第三高频角速度传感器的与所述预设原点相对的一端。
9.如权利要求8所述的惯性测量装置，其特征在于，所述第二角速度传感器组包括：第一低频角速度传感器、第二低频角速度传感器和第三低频角速度传感器；
所述第二角速度传感器组被配置为：
所述第一低频角速度传感器设置于所述第一高频角速度传感器和所述第一加速度传感器之间的所述第一加速度传感器的安装轴线上；
所述第二低频角速度传感器设置于所述第二高频角速度传感器和所述第二加速度传感器之间的所述第二加速度传感器的安装轴线上；
所述第三低频角速度传感器设置于所述第三高频角速度传感器和所述第三加速度传感器之间的所述第三加速度传感器的安装轴线上。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，用于存储一个或多个指令，
其中，当所述一个或多个指令被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1至5中任一项所述的引入磁流体传感器的惯性测量单元的数据处理方法。
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