我可以“整合”来自加速度计的数据来记录运动轨迹吗?

电器工程 传感器 全球定位系统
2022-01-09 22:28:56

我想使用配备加速度计的设备来记录运动轨迹,尽可能高分辨率和低噪音。例如,假设我跑了一条 6 公里的慢跑路线,并准确地返回到我开始的位置。所以我有一个想法,我可以不用 GPS 模块,只以恒定速率记录来自加速度计的数据,比如ADXL345

我的问题是:

  • 我可以使用 3 轴加速度计进行两次积分,从加速度到速度再到距离吗?
  • 如果约束是我返回到我开始的确切位置,我是否可以对补偿漂移的轨迹应用误差校正,以便记录和集成数据的最后一个 (x,y,z) 坐标变为和第一个一样吗?
  • 假设我从位置 A 跑到 B 再回到 A。如果我应用提到的漂移校正,我仍然有一个有意义/正确的 B 点位置吗?

如果没有,我将如何实现这一目标?我必须将加速度计与 GPS 结合使用吗?

2个回答

不,这在理论上或实践中都行不通,因为您没有传感器来捕捉旋转运动。当您旋转加速度计时,它无法检测到其坐标系已相对于所需坐标系旋转。您正在尝试做的事情称为惯性导航。原则上,要进行惯性导航,您需要一个三轴加速度计以及一个三轴陀螺仪(或角速率传感器)来捕捉旋转运动。然后可以将加速度数据转换为您正在使用的参考系中的位移。

在实践中,即使加了一个陀螺仪,要准确地做到这一点也非常困难,因为加速度的小常数误差在积分过程中会变成非常大的位置误差。在您的情况下,唯一可取之处是,如果您添加开始和停止在同一个地方的假设,您可以利用它来校准漂移(同样,假设您添加了一个 3 轴陀螺仪)。尽管用户 CortAmmon 对这些额外信息是否足以校准加速度测量中的任何漂移表示怀疑。

CortAmmon 指出,Northrup Grumman LN200 惯性测量装置的成本为 90,000 美元,并且预计在运行时间后会出现以公里为单位的位置误差。像这样的物品不仅非常昂贵,而且如果在美国制造,可能会受到“出口管制”。原因是惯性导航装置用于导弹。这使他们即使在 GPS 受到干扰时也能击中目标。

是的,您可以整合加速度(至少在一条直线上)以获得距离。

正如 mkeith 所指出的,即使它确实有效,也只能在很短的距离内准确。

即使与 GPS 结合使用,您也无法使用此方法来补偿 GPS 的不准确性。可以购买差分 GPS,但对于大多数业余爱好者来说,它们是遥不可及的。

不了解您的应用,但您可能会考虑使用 IR LED 进行三角测量。