Оценка линейного перемещения с помощью акселерометра, интегрирование данных акселерометра во время разгона Опции

[serjj]

Всем доброго.
Есть идея определять вектор перемещения твердого тела, имеющего 6 степеней свободы с помощью акселеромета. Если точнее, то определять проекцию вектора на плоскость OXY (в инерциальной Земной системе координат) в период разгона объекта. Т.е. есть следующие условия: линейное ускорение порядка g, объект может поворачиваться или вращаться вокруг своих осей, время измерения - секунды (пока идёт разгон).

Моя идея была следующая. С помощью fusion фильтра получаю набор Эйлеровых параметров Q = [q0 q1 q2 q3], т.е. кватернион, который задаёт мгновенное радиальное положение объекта. Далее усреднённый вектор данных акселерометра, асс, измеренного в связанной системе координат, преобразую в вектор acci относительно Земной системы координат:
acci = (Q * [0 acc]) *conj(Q), выкидываю acci(0) (переход от кватерниона к вектору) и acci(3) (z составляющая), а далее численное интегрирование два раза, чтобы получить искомое перемещение. Чтобы понять разгоняемся мы или нет, при интегрировании к модулю вектора ускорения применяется некоторый порог.

С получением acci особых проблем не возникло, но вот дальше пока не очень понятно. Проверял идею пока только "на столе", т.е. с STMовской отладкой, он что-то мереет, но это точно не то, что я ожидаю. При интегрировании за dt взял период сэмплирования акселерометра, ~10 мс (это же период обновления fusion фильтра). Скорость уверено уходит за 10 м/с. Есть предположение, что подход должен таки работать при длительном (относительно перида сэмплирования, т.е секунды) и резком разгоне (т.е. линейное ускорение порядка g). При первом рассмотрении гугл говорит, что таки да для малых движений (например смартфон в руках человека) алгоритм врёт и очень сильно. Плюс даже если он не врёт сначала, то обязательно начнёт врать потом (т.к. скорость уйдёт). Но вот как будет для обозначенных мною условий? Есть ли у кого какие прогнозы и может быть кто нибудь поделится опытом по оценке векторов линейных движений (с угловыми вроде бы разобрался)? Или может быть это все от лукавого и магнетометр + априорная скорость наше всё?

Зы: поставить дополнительно измеритель скорости не предлагать) для решения задачи есть два датчика от ST - гироскоп и акселерометр+магнетометр.

Зыы: еще заметил такую интересность, алгоритм как-то реагирует на разгон, но совершенно не хочет на торможение, т.е. не сбрасывает скорость после остановки.

[quarz]

Не хочу убить энтузиазм автора, но вычислить координату двойным интегрированием показаний mems акселерометра никак нельзя. В космосе может быть, но не на Земле.

Мне показалось, что serjj не понимает, что его акселерометр измеряет не физическую величину Ускорение (которая при покоящемся акселе должна быть нулевая по всем осям), а силу, действующую на массу внутри датчика. Эта сила вызвана моментами инерции (то, что нам нужно) плюс собственный ВЕС этой массы.
Поэтому если положить аксель на горизонтальную плоскость стола - он выдаст по 2м осям 0, а по одной 1g или 9.8 м\с^2. Собственно, его показания - это сумма векторов собственного ускорения и гравитации. Поэтому для вычисления координаты надо вычесть вектор гравитации, иначе акселерометр будет улетать, увеличивая свою скорость каждую секунду на 9.8 м\c.

Когда я делал нечто подобное - наибольшую ошибку в вычисления координаты вносила ошибка компенсации вектора гравитации. Но у меня кроме акселерометра был гироскоп и магнетометр.

Сообщение отредактировал quarz - Apr 15 2016, 12:42