姿态解算与卡尔曼滤波

hwaafdx123 · 发表于 2012-10-25 12:28:57

在做四轴，看了坛子里很多帖子，学习了很多概念，四元数，卡尔曼滤波等等。一直有几个疑惑在此请教高人给解答下。
1. 四元数用途：由传感器数据计算出姿态角要用到大量三角函数，所以用四元数算姿态角减少了大量计算。这样理解是否正确？
2. 卡尔曼滤波用途：因为传感器有误差，加计有噪声，陀螺仪有累积误差和漂移，所以用卡尔曼滤波算法根据测量值估算最优值。这样理解是否正确？
3. 根据前两个知识，是否可以这样结合用：读取加计、陀螺仪数据，加计先进行低通滤波，然后把这两组信息进行卡尔曼滤波，然后再进行四元数姿态解算。这样理解是否正确？
4. 如何问题3成立，那卡尔曼滤波输出的是类似传感器原始的数据格式（gx,gy,gz,ax,ay,az）？
5. 在网上还看到一种说法，把卡尔曼滤波和四元数相结合，怎样结合？主要是数据的输入和输出格式困惑。

问题比较多，希望高人给指点下，也给大家普及下知识，在此感谢了！

AsMap · 发表于 2012-10-25 16:10:32

推荐秦永元《惯性导航》四元数主要是可以迭代，便于计算机实现

hwaafdx123 · 发表于 2012-10-25 16:36:22

AsMap 发表于 2012-10-25 16:10
推荐秦永元《惯性导航》四元数主要是可以迭代，便于计算机实现

四元数本身的优点我也看了很多文章介绍，大致了解了。难点就是在工程实践中怎么与其他知识结合应用比较困惑，可能还是数学没学好，呵呵。

number007cool · 发表于 2012-11-28 11:31:07

和楼主同问，谁能解答下

cw628 · 发表于 2012-11-28 20:30:23

我也和楼主有相同的疑惑，望了解的达人解答一下，我了解的四元数还有个优点是无奇点问题，可实现360度姿态解算

asha · 发表于 2012-12-13 16:50:20

你的理解基本对

demon75 · 发表于 2012-12-24 02:19:20

同问，如何将四元数和扩展卡尔曼滤波结合起来？

Alex0618 · 发表于 2013-3-4 15:40:04

可以搜索“姿态”，论坛其它帖子都有说到，不一定要结合使用

木君之上 · 发表于 2014-2-26 17:52:40

你的问题就是我的问题，期待大神回答，可能在大神眼里这种东西很简单吧，哎，继续努力

muyitaozhi · 发表于 2014-8-26 12:34:38

还没有人回答吗，

nhw1234 · 发表于 2014-8-28 20:06:01

坐等大神解答

xuxiang10 · 发表于 2014-9-1 15:15:13

理解的很对。。

gunsir · 发表于 2014-9-2 14:43:35

卡尔曼滤波的原理就是个反馈控制器，只是误差输入是信号协方差，控制器输出是用于调节协方差的增益，滤波目的就是使协方差为零，以得到准确稳定的信号~~但是在姿态解算中除了用到了他滤波的功能，更重要的是用它来做数据融合，一般用四元数来表示飞行器姿态，可以简化计算避免奇异~~卡尔曼滤波器的输出其实还是四元数，不停的迭代，你可以将四元数转化为欧拉角使其更直观，也可以直接用四元数控制，那已经是SO3空间的问题了，有些抽象~~

chenwenhao · 发表于 2014-9-3 09:32:15

本帖最后由 chenwenhao 于 2014-9-3 09:42 编辑

1.可以这样理解。姿态信息常用的表示方式有：欧拉角，方向余弦，四元数等，欧拉角在表示姿态方面存在奇点，方向余弦计算量大。现在普遍来说采用四元数，计算量小。
2.卡尔曼滤波就是个最优估计滤波器。在姿态解算中引入KF，目的是为了降低误差。减小陀螺仪的积分累积误差，加速度计的运动线加速度误差，磁干扰等等。
3.低通滤波器是互补滤波的范畴，现在的主流方法是，先将加速度计和陀螺仪的信息表示为四元数，然后进行KF滤波。得到最优姿态四元数。在进行姿态解算。
4.最后输出是姿态四元数。
5.数据输入是陀螺仪表示的姿态四元数，加速度与地磁表示的姿态四元数。输出是姿态最优四元数。

zhouzhen · 发表于 2014-11-19 08:44:35

帮顶起来！

guanglv2008 · 发表于 2014-12-11 17:03:03

学习学习最近也琢磨着卡尔曼滤波。。。。

jinchang.wang · 发表于 2014-12-28 22:50:41

chenwenhao的回答很清晰，这个帖子没白看

2013的弹子球 · 发表于 2014-12-29 08:13:03

加计平均值滤波。。。然后卡尔曼是同时权衡测量值和估计值。。他们的比例是在变化的。。。哪个的方差大，认为哪个不可靠。。四元数直接跟卡尔曼结合比较靠谱。。。

乘风归去 · 发表于 2015-1-27 21:46:01

还是一头雾水……

wangzh · 发表于 2015-1-30 09:42:35

从头看到尾也没实际弄明白，可能需要时间去理解吧!

xiuhao · 发表于 2015-4-13 14:15:46

同样的问题。。。。。。。。。。

chaojikoushuige · 发表于 2015-4-21 10:28:15

计算出的最有四元素怎么和四个调速器结合调速呢

ergou1896 · 发表于 2015-4-29 15:33:26

正想向这方面学习，学习了！

ztlaputa · 发表于 2015-5-1 10:40:24

chenwenhao 发表于 2014-9-3 09:32
1.可以这样理解。姿态信息常用的表示方式有：欧拉角，方向余弦，四元数等，欧拉角在表示姿态方面存在奇点， ...

回答的非常清晰，学习了。

yoyomama513 · 发表于 2015-5-10 15:58:11

chenwenhao 发表于 2014-9-3 09:32
1.可以这样理解。姿态信息常用的表示方式有：欧拉角，方向余弦，四元数等，欧拉角在表示姿态方面存在奇点， ...

解释的不错，学习了

会会 · 发表于 2017-1-4 15:17:59

asha 发表于 2012-12-13 16:50
你的理解基本对

你好，请问四元数转欧拉角避免大量的计算，那可以将满足精度的三角函数值全部解出，存在对应数组内，这样连四元数都不需要，这样可以吗，四元数转欧拉角对三角函数的精度影响有多大，多谢

shihezichen · 发表于 2017-1-17 23:30:13

我感觉不是这样的. 希望有谁能给解释清楚一些.

另外, 这些姿态控制算法和实践方面, 对于一个新手来说, 应该怎么阅读资料或书籍(最好标明章节,毕竟一本书几百页不会全需要)才能比较自然的循序渐进的深入而不至于门槛太高或者学习曲线太陡峭.

dexidz · 发表于 2017-6-28 16:44:30

chenwenhao 发表于 2014-9-3 09:32
1.可以这样理解。姿态信息常用的表示方式有：欧拉角，方向余弦，四元数等，欧拉角在表示姿态方面存在奇点， ...

您好，大师，和同事讨论了很久，网上也找了，也没找到答案，是不是用6050内部的DMP算姿态，就没法在用卡尔曼滤波了？？？
谢谢。

姿态解算与卡尔曼滤波

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