accelerometer - 使用原始加速度计和磁力计数据计算磁航向

我有一个加速度计和磁力计，分别产生原始的X，Y和Z读数。由此，我需要确定一个物体的磁航向。

我不太擅长触发，但我整理了一个公式，可以很好地响应设备的旋转，但也可以响应人们认为不相关的运动，例如将设备倾斜到这样的角度。不会影响其指向的方式。例如将其平放并“滚动”设备。

我认为用于计算磁航向的公式很好，但是我认为输入的俯仰和横滚弧度是错误的。

因此，我想我的问题的核心(除非有人实际上有一个公式可以做到这一点)是如何使用加速度计测量俯仰和横滚，以弧度为单位计算角度。

其次，关于标题公式本身的任何信息都会很棒。

最佳答案

根据您的应用程序要求的精度，您可能需要解决几个问题:

加速度计的轴是否已校准？我见过MEM加速度计的轴不互相垂直，并且每个轴的响应特性都明显不同(通常X和Y会匹配，Z会不同)。您将需要根据设备提供的任何物理读数来合成理想的XYZ轴。 (Google“加速度计校准”。)

磁力计的轴是否已校准？与上述类似的问题，除了难以检查之外:生成统一的校准磁场非常困难。如果使用周围的地磁场，则需要仔细控制工作环境和工具的局部磁场。 (Google“磁力计校准”。)

分别校准加速度计和磁力计之后，需要相对于彼此的轴进行校准。由于这两种设备通常都焊接到PCB上，因此几乎可以保证存在明显的未对准情况。在许多情况下，电路板的布局和设备参数甚至可能不允许XYZ轴相互对应!从实验室的角度来看，这可能是最难的部分，因此，我建议您使用同时具有两种传感器且已校准的其他硬件(例如iPhone或Android手机)进行直接比较，但请在进行设备之前进行验证用)。通常，这可以通过调整先前的两个校准矩阵来实现，直到它们生成相对于彼此正确对齐的矢量为止。

只有在生成相互校准的磁和加速度计矢量之后，才能应用其他受访者建议的解决方案。

我仅描述了静态解决方案，其中磁力计和加速度计相对于局部重力和磁场均不动。如果您需要在系统快速移动时实时生成响应，则需要考虑每个传感器的时间行为。有两种基本方法可以做到这一点:1)将时域滤波器应用于每个传感器，以使它们的输出共享一个公共(public)时域(通常会增加一些延迟)。 2)使用预测建模实时修改传感器输出(延迟更少，但噪声更多)。

我已经看到卡尔曼滤波器用于此类应用程序，但将其应用在矢量域中可能需要使用四元数而不是欧拉矩阵。四元数更易于在计算中使用(与矩阵相比，所需的运算更少)，但我发现四元数更难以理解和正确处理。

或者，您可以选择一条完全不同的路径，并使用统计信息和数据拟合一步一步完成上述所有工作。考虑以下问题:给定6个输入值(每个XYZ分别来自未校准的磁力计和加速度计)和对该设备的引用(假设它是手持式的，并且 shell 上画有一个箭头)，输出一个代表 shell 上的箭头指向的磁性轴承，以及箭头相对于重力矢量的高度( shell 的倾斜)。

使用经过校准的引用设备(如上所述)，将其与要校准的设备配对，并获取数百个数据点，并且设备的方向不同。然后，使用功能强大的数学程序包(例如Matlab，MathCAD，R或SciPy)来设置和求解非线性方程式，以创建转换矩阵。

关于accelerometer - 使用原始加速度计和磁力计数据计算磁航向，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/3120954/