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四元數(shù)姿態(tài)解算，mpu6050 dmp之后需要卡爾曼濾波嗎

來源：整理時間：2025-01-27 08:54:02 編輯：智能門戶手機(jī)版

本文目錄一覽

1，mpu6050 dmp之后需要卡爾曼濾波嗎
2，關(guān)于四元數(shù)
3，DMP解算問題
4，四元數(shù)姿態(tài)解算如何去除加速度計
5，四元數(shù)計算姿態(tài) 為什么會差180度
6，姿態(tài)解算中為什么加速度計無法感知z軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動

1，mpu6050 dmp之后需要卡爾曼濾波嗎

其實(shí)根本不用。

卡爾曼濾波就好了，新手用起來都差不多的，挑一個便宜的上手就可以了，算法網(wǎng)上不好找，不過買的模塊好的話自己寫算法也很簡單，我做過這個，給好評繼續(xù)聊

mpu6050 dmp之后需要卡爾曼濾波嗎

2，關(guān)于四元數(shù)

首先，虛數(shù)單位之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是√-1＝iln-1＝j(luò)π＝j(luò)/i

簡單的說就是物體繞世界坐標(biāo)系的xyz 3個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。3個參數(shù)很好理解繞x軸旋轉(zhuǎn)二分之派，繞y軸旋轉(zhuǎn)_rotate, 繞z軸旋轉(zhuǎn)二分之派

關(guān)于四元數(shù)

3，DMP解算問題

MPU-6050模塊中DMP解算出的是："四元數(shù)"、各軸的陀螺儀“讀數(shù)”與各軸的“加速度”、。通過"四元數(shù)"可以解算“歐拉角” 下面是DMP的包結(jié)構(gòu)(就是一次讀取DMP所獲得的信息)。 40-41：我估計是MPU-6050中溫度傳感器的測量值

mpu6050的dmp可直接輸出加速度，角速度和各軸的傾斜角度不需要姿態(tài)解算了，可直接用

DMP解算問題

4，四元數(shù)姿態(tài)解算如何去除加速度計

關(guān)于程序這一塊我不太懂，但是想解算載體運(yùn)動姿態(tài)只要陀螺和加計是可以實(shí)現(xiàn)的。磁力計嘛對環(huán)境要求比較高，容易受到外界干擾，精度較差。高精度的陀螺可以自尋北，不需要磁力計來尋磁北的。\r\n希望可以幫到你

就是內(nèi)部的運(yùn)動引擎，直接輸出四元數(shù)，可以減輕外圍微處理器的工作負(fù)擔(dān)且避免了繁瑣的濾波和數(shù)據(jù)融合，dmp驅(qū)動是官方寫的一個庫，是430的，用來使用內(nèi)肌單冠竿攉放圭虱氦僵部的dmp。如果您認(rèn)可我的答案，請。您的，是我答題的動力。

5，四元數(shù)計算姿態(tài) 為什么會差180度

在n系中，加速度計輸出為，經(jīng)過bCn（用四元數(shù)表示的轉(zhuǎn)換矩陣）轉(zhuǎn)換之后到b系中的值為；在b系中，加速度計的測量值為，現(xiàn)在和均表示在b系中的豎直向下的向量，由此，我們來做向量積（叉積），得到誤差，利用這個誤差來修正bCn矩陣，于是四元數(shù)就在這樣一個過程中被修正了。但是，由于加速度計無法感知z軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以還需要用地磁計來進(jìn)一步補(bǔ)償。加速度計在靜止時測量的是重力加速度，是有大小和方向的；同理，地磁計同樣測量的是地球磁場的大小和方向，只不過這個方向不再是豎直向下，而是與x軸（或者y軸）呈一個角度，與z軸呈一個角度。記作，假設(shè)x軸對準(zhǔn)北邊，所以by=0，即。倘若知道bx和bz的精確值，那么就可以采用和加速度計一樣的修正方法來修正。只不過在加速度計中，在n系中的參考向量是，變成了地磁計的。如果我們知道bx和bz的精確值，那么就可以擺脫掉加速度計的補(bǔ)償，直接用地磁計和陀螺儀進(jìn)行姿態(tài)解算，但是你看過誰只用陀螺儀和地磁計進(jìn)行姿態(tài)解算嗎？沒有，因?yàn)闆]人會去測量當(dāng)?shù)氐牡卮艌鱿鄬τ跂|北天坐標(biāo)的夾角，也就是bx和bz（插曲：關(guān)于這個bx和bz的理解：可以對比重力加速度的理解，就像vx vy vz似的，因?yàn)樵诿恳惶幍臍w一化以后的重力加速度都是0 0 1然后旋轉(zhuǎn)到機(jī)體坐標(biāo)系，而地球每一處的地磁大小都不一樣的，不能像重力加速度那樣直接旋轉(zhuǎn)得到了，只能用磁力計測量到的數(shù)據(jù)去強(qiáng)制擬合。）。那么現(xiàn)在怎么辦？前面已經(jīng)講了，姿態(tài)解算就是求解旋轉(zhuǎn)矩陣，這個矩陣的作用就是將b系和n正確的轉(zhuǎn)化直到重合。現(xiàn)在我們假設(shè)nCb旋轉(zhuǎn)矩陣是經(jīng)過加速度計校正后的矩陣，當(dāng)某個確定的向量（b系中）經(jīng)過這個矩陣旋轉(zhuǎn)之后（到n系），這兩個坐標(biāo)系在XOY平面上重合（參考DCM IMU:Theory的Drift cancellation部分），只是在z軸旋轉(zhuǎn)上會存在一個偏航角的誤差。下圖表示的是經(jīng)過nCb旋轉(zhuǎn)之后的b系和n系的相對關(guān)系?？梢悦黠@發(fā)現(xiàn)加速度計可以把b系通過四元數(shù)法從任意角度拉到與n系水平的位置上，此時只剩下一個偏航角誤差。這也是為什么加速度計無法修正偏航的原因。

6，姿態(tài)解算中為什么加速度計無法感知z軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動

剛好在看姿態(tài)解算部分，粗略回答一下，有答的不對的地方歡迎討論交流?；パa(bǔ)濾波有兩種方法，加速度計和陀螺儀加速度計，陀螺儀和磁力計，也就是所謂的IMU和AHRS.IMU方案是用加速度計修正陀螺儀，關(guān)于加速度計求解角速度也即是把重力分解到機(jī)體系上，通過反三角函數(shù)可以求解角速度，對于無法感知z軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以這樣理解，當(dāng)機(jī)體沿著z軸方向旋轉(zhuǎn)時，分解出來的向量與旋轉(zhuǎn)前并沒有變化，也即水平面上沒有重力分量，所以加速度計無法感知z軸的旋轉(zhuǎn)，所以如果用這種姿態(tài)結(jié)算方法時，需要手動將機(jī)頭對準(zhǔn)正北方向，所以偏航的求解是有誤差的。

在n系中，加速度計輸出為，經(jīng)過bCn（用四元數(shù)表示的轉(zhuǎn)換矩陣）轉(zhuǎn)換之后到b系中的值為；在b系中，加速度計的測量值為，現(xiàn)在和均表示在b系中的豎直向下的向量，由此，我們來做向量積（叉積），得到誤差，利用這個誤差來修正bCn矩陣，于是四元數(shù)就在這樣一個過程中被修正了。但是，由于加速度計無法感知z軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以還需要用地磁計來進(jìn)一步補(bǔ)償。加速度計在靜止時測量的是重力加速度，是有大小和方向的；同理，地磁計同樣測量的是地球磁場的大小和方向，只不過這個方向不再是豎直向下，而是與x軸（或者y軸）呈一個角度，與z軸呈一個角度。記作，假設(shè)x軸對準(zhǔn)北邊，所以by=0，即。倘若知道bx和bz的精確值，那么就可以采用和加速度計一樣的修正方法來修正。只不過在加速度計中，在n系中的參考向量是，變成了地磁計的。如果我們知道bx和bz的精確值，那么就可以擺脫掉加速度計的補(bǔ)償，直接用地磁計和陀螺儀進(jìn)行姿態(tài)解算，但是你看過誰只用陀螺儀和地磁計進(jìn)行姿態(tài)解算嗎？沒有，因?yàn)闆]人會去測量當(dāng)?shù)氐牡卮艌鱿鄬τ跂|北天坐標(biāo)的夾角，也就是bx和bz（插曲：關(guān)于這個bx和bz的理解：可以對比重力加速度的理解，就像vx vy vz似的，因?yàn)樵诿恳惶幍臍w一化以后的重力加速度都是0 0 1然后旋轉(zhuǎn)到機(jī)體坐標(biāo)系，而地球每一處的地磁大小都不一樣的，不能像重力加速度那樣直接旋轉(zhuǎn)得到了，只能用磁力計測量到的數(shù)據(jù)去強(qiáng)制擬合。）。那么現(xiàn)在怎么辦？前面已經(jīng)講了，姿態(tài)解算就是求解旋轉(zhuǎn)矩陣，這個矩陣的作用就是將b系和n正確的轉(zhuǎn)化直到重合?，F(xiàn)在我們假設(shè)nCb旋轉(zhuǎn)矩陣是經(jīng)過加速度計校正后的矩陣，當(dāng)某個確定的向量（b系中）經(jīng)過這個矩陣旋轉(zhuǎn)之后（到n系），這兩個坐標(biāo)系在XOY平面上重合（參考DCM IMU:Theory的Drift cancellation部分），只是在z軸旋轉(zhuǎn)上會存在一個偏航角的誤差。下圖表示的是經(jīng)過nCb旋轉(zhuǎn)之后的b系和n系的相對關(guān)系。可以明顯發(fā)現(xiàn)加速度計可以把b系通過四元數(shù)法從任意角度拉到與n系水平的位置上，此時只剩下一個偏航角誤差。這也是為什么加速度計無法修正偏航的原因。

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