Wyznaczanie orientacji IMU w przestrzeni 3D z wykorzystaniem macierzy tensora rotacji oraz niestacjonarnego filtru Kalmana

Artykuł prezentuje opis metody umożlwiającej wyznaczenie parametrów orientacji obiektu w przestrzeni 3D. Kąty rotacji wyznaczane są w oparciu o fuzję sygnałów uzyskanych z układu pomiarowego IMU zrealizowanego w technologii MEMS. Układ IMU dostarcza informacje z trójosiowych czujników przyspieszenia liniowego (akcelerometrów), czujników pola magnetycznego Ziemi (magnetometrów) oraz układu czujników prędkości kątowej (żyroskopów). Informacja o orientacji obiektu prezentowana jest w postaci ortogonalnego tensora rotacji, którego elementy stanowią obserwowany wektor stanu w niestacjonarnym modelu filtru Kalmana. Elementy wektora stanu umożliwiają również wyznaczenie kątów rotacji (roll, pitch, yaw) układu związanego z obiektem. Uzyskane przebiegi czasowe, poszczególnych kątów rotacji, nie wykazują negatywnych cech związanych z budową i działaniem układu pomiarowego czujników IMU. Definicja opisanego rozwiązania umożliwia również prostą i skuteczną implementację proponowanej metody w układach pomiarowych IMU.

---

This paper presents a description of the method orientation determining of an object in 3D space. The rotation angles are calculated based on the fusion of the signals obtained from the IMU measurement system. IMU system provides information of triaxial accelerometers, magnetometers and gyroscopes systems. Information about the orientation of the object is presented in the form of orthogonal rotation tensor, whose elements are observed in the state vector of the non-stationary Kalman filter. The vector components also allow to determined of the rotation angles (roll, pitch, yaw) of the associated with object. Obtained waveforms, of different rotation angles, have no negative attributes associated with the construction of the measuring IMU sensors. The definition of the proposed solution also enables simple and efficient implementation of the presented method in IMU measuring systems.