陀螺仪传感器漂移及正确角度估算

Question

我正在使用LG Optimus 2x智能手机（陀螺仪和加速度传感器）进行定位。

我想从陀螺仪中获取正确的旋转角度，以便后续用于身体到地球坐标的转换。我的问题是：

如何测量和消除陀螺仪传感器中的漂移。

一种方法是在移动设备静止时对陀螺仪样本进行平均，并将其从当前样本中减去，但这并不是一个好方法。

当移动设备处于旋转/运动状态时，如何获取无漂移的角度？

- Navigator

Answer 1

我是一个指南针应用程序的作者，该应用程序集成了磁力和陀螺仪传感器的数据（steady compass）。我主要在运行Android 2.2的LG Optimus Black上进行了测试，因此我将分享我的经验：

• 陀螺仪读数非常准确。这个传感器与加速度计和磁性传感器完全相反，后者会产生很多抖动。
• 陀螺仪的读数（即角速度）根本不会漂移。如果你只是整合陀螺仪的读数，你会在方向估计中出现漂移。由于你在不同时间内整合样本，所以你只会得到一个逼近值，每次整合步骤后都会变差。
• 为了避免方向估计中的漂移，你必须考虑其他输入源来纠正来自陀螺仪数据整合的结果。解决方案是整合来自方向传感器（磁性+加速度）和来自陀螺仪的数据。

小心使用LG手机：根据Android API，陀螺仪将返回以rad/s为单位的数据。Froyo版本的LG Optimus Black以degrees/s为单位给出读数。该手机的Android 2.3更新刚刚发布。我必须测试新版本是否符合规格。

你的手机使用的是哪个Android版本？你是否测试过任何使用陀螺仪的应用程序？你得到了预期的结果吗？

- jap1968

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嗨jap1968，我也在使用同样的LG Optimus 2x。最初是安卓2.2版本，我注意到陀螺仪信号没有漂移，只有由于震动和突然变化引起的漂移。当我升级到安卓2.3.4版本时，我注意到两件事情，第一，陀螺仪值以弧度/秒为单位，第二，现在即使手机静止不动，陀螺仪也有一些偏移值，在Froyo 2.2版本中，陀螺仪信号几乎为零，没有偏移。你有没有观察到相同的情况？如果你测试过，请评论一下。问候Navigator - Navigator

本地供应商（Orange Spain）尚未发布升级，因此用于测试的Optimus Black仍在运行Android 2.2。我还在其他配备陀螺仪的设备上测试了指南针：运行Android 3.1和3.2的平板电脑以及运行Android 2.3.x的三星Galaxy S II。在某些设备中，陀螺仪确实非常准确，而在其他设备中，即使设备完全静止，读数也不接近零。结果是：一些用户由于良好的表现给予应用程序5星评价，而另一些用户由于糟糕的表现给予1星评价。 - jap1968

Answer 2

据我所知，SensorManager 中已经实现了卡尔曼滤波器或类似的东西。可以查看Android 设备上的传感器融合：运动处理的革命。您正在尝试解决一个已经被解决的问题。

- Ali

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我不认为卡尔曼滤波器实际上是在传感器管理器中实现的。你可以在http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/ext/com.google.android/android/2.3.4_r1/android/hardware/SensorManager.java#SensorManager查看源代码。祝好，导航员。 - Navigator

当我查看源代码时，它看起来像是一个卡尔曼滤波器，但也许我被愚弄了。但无论如何，现代Android操作系统采用传感器融合技术。OP应该查看重力传感器而不是加速度传感器。重力传感器是通过组合加速度计和陀螺仪创建的虚拟传感器。它本质上是线性加速度传感器，过滤掉了运动效果。 - Edward Falk

Answer 3

基本上，陀螺仪会在长时间内漂移。而加速度计没有漂移，但往往不稳定。通过使用卡尔曼滤波器结合两个传感器的信息，您可以获得准确的姿态。对于一些人来说，更简单的方法是使用补偿滤波器。

有关更多信息，请参见此帖子： 组合陀螺仪和加速度计数据

- Frohnzie