具迭代權重式IMU校正與互補濾波航姿系統開發實務驗證

Abstract

近年來微機電系統之慣性測量單元(MENS-IMU)的運用越來越廣泛，IMU被運用於智慧型手機等隨身裝置，也被運用於感知人肢體即時的姿態。為了能更精準估測姿態，校正IMU成為一項不可或缺的程序。然而，校正程序通常在無擾動環境下進行。由於無擾動環境情況的建構困難度較高。因此，在本論文中，考慮到外部環境擾動的校正。提出迭代具權重的萊文貝格－馬夸特方法(Iterative Weighted Levenberg-Marquardt Algorithm IWLMA)以克服外部環境擾動問題，並透過實際的實驗數據驗證所提出IWLMA方法的適用性。另外，本論文亦提出以9自由度為基底的互補濾器之姿態航向參考系統(Attitude Heading Reference System AHRS)演算法，互補濾波器演算法相較卡爾曼濾波器演算法需求更少的計算量，因此適合實現於微處理器，所提出AHRS演算法使用四元數來計算載具的姿態，相較於使用尤拉角描述姿態，以四元數描述姿態不具有奇異性問題。根據所估測的姿態資訊，再結合加速規量測的數值進行積分可估測載具速度，並將加速規估測的速度值與光流法模組PX4FLOW所估測的速度值透過速度融合演算法進行資料融合，提升速度估測之正確性。本研究通過設計三軸旋轉平台(Gimbal)驗證所提出AHRS演算法的精度。

Date of Award	2018 Jul 19
Original language	Chinese
Supervisor	Chao-Chung Peng (Supervisor)