基于MEMS組合模塊的姿態檢測系統設計
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1．3 數據融合模型
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合起來，從而克服單一傳感器失真嚴重的缺點，獲取到更為準確的信息。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的陀螺儀信號通過高通濾波器濾波。本文引用地址：http://www.104case.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合離散化數字低通濾波器模型，構造出如下模型：
其中，angle為系統最終的輸出角度值；gyr為由陀螺儀數據計算得出的角速度值，gyrdt則為一個采樣周期內的角度增量；acc為由加速度計數據計算得出的角度值。當選擇合適的時間常數RC和采樣周期△T時，此模型能模擬實現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，時間常數和采樣周期也確定了系統對陀螺儀和加速度計輸出信號的置信度。當本系統選擇時間常數為0．1 ms，采樣周期為5 ms時，代入上式模型有：
假設初始狀態時，系統角度估計值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是當加速度計收到一個10°數值的突變信號時，在連續10個采樣周期內估計值angle的變化過程。
從表中可以看出，在系統采樣周期設為5 ms時，如果此突變信號頻率高于200 Hz，即該信號持續時間不超過一個采樣周期，那么此信號給系統帶來的最大偏差不會超過0．9°。此時，可認為系統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，則該信號的持續時間會達到10個采樣周期以上，在第10個采樣周期時，系統的估計值angle為9．0°。此時，可認為系統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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