【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及领域倾角传感器测量领域，尤其是涉及一种移动ct用动态倾角传感器测量系统。
技术介绍
1、ct机旋转部件旋转时，会对整机带来持续性的振动，特别是移动ct机在移动导轨上开启旋转部件旋转时对整机带来的振动更剧烈；ct机在整机emc测试过程中，会随着测试平台的旋转做水平圆周运动，在旋转过程中，特别是起步和停止过程中，会引入运动加速度；另外，移动ct机在沿导轨进行直线运动时，也会引入运动加速度。
2、移动ct机用动态倾角传感器要求在ct机固定放置时ct机倾斜部件做倾斜运动中实时准确地输出角度数据，又要求能够在ct机未做倾斜运动时、沿导轨做直线运动时、在emc测试过程中随测试平台做水平旋转时以及受到冲击以及撞击时，输出角度数据稳定无突变。
3、在目前现有方法中，通过使用ekf算法进行陀螺仪姿态进行解算，可以实时准确地输出传感器倾斜过程中的角度，且具有一定的抗振性。运动加速度容易对滤波准确性产生影响，采用卡方检验能够识别该运动加速度，从而控制或剔除运动加速度过大时加速度计参与量测的程度，能够改善短时运动加速度对计算结果的影响。
4、但是，当移动ct机在导轨上运动时，旋转部件持续旋转带动ct机整机持续剧烈振动，再加之水平移动起步时会使运动加速度变得更大，另外ct机在emc测试平台上长时间水平旋转，也会受持续运动加速度影响。此时带有卡方检验的ekf算法会一直限制加速度计参与量测，系统则更相信陀螺仪，而陀螺仪在长时间震动环境中也会出现偏差，大幅降低检测准确度。
技术实现思
1、为解决
技术介绍
中的技术问题，本专利技术提供了一种移动ct用动态倾角传感器测量系统，该系统包括：
2、姿态采集器：用以实时采集移动ct机倾斜部分的加速度数据和角速度数据；
3、补偿校准模块：与姿态采集器连接，用以对加速度数据和角速度数据进行补偿校准；
4、姿态解算模块：与补偿校准模块连接，用以对加速度数据和角速度数据进行基于四元数的ekf姿态融合得到姿态角数据；
5、倾斜判断模块：分别与补偿校准模块和姿态解算模块连接，用以根据实时角速度判断移动ct机是否处于倾斜状态；
6、角度滤波模块：与姿态解算模块连接，用以根据卡方检验值对倾斜判断模块输出的姿态角进行角度滤波；
7、数据通信模块：分别与姿态解算模块和角度滤波模块连接，用以输出最终的姿态角数据。
8、进一步地，所述姿态采集器包括用以实时采集移动ct机倾斜部分加速度数据的三轴加速度计以及用以实时采集移动ct机倾斜部分角速度数据的mems陀螺仪。
9、进一步地，所述姿态补偿模块用以对三轴加速度计和mems陀螺仪分别进行上电初始零偏校准和温度补偿，并且对三轴加速度计进行失调误差offset校准以及灵敏度误差校准。
10、进一步地，所述姿态解算模块采用基于四元数的ekf姿态融合算法对补偿校准后的加速度和角速度数据进行融合，得到当前最优的四元数以及mems陀螺仪的三轴零偏数据，并将四元数转换为姿态角数据输出。
11、进一步地，所述基于四元数的ekf姿态融合算法具体包括以下步骤：
12、1)构建状态方程和观测方程，则有：
13、状态方程表达式为：
14、xk+1＝f(xk)+ωk
15、
16、其中，xk为状态向量，f(·)表示非线性函数，ωk为过程噪声，下标k表示k时刻，q＝[q0,q1,q2,q3]t为机体坐标系相对于惯性坐标系的姿态四元数，且ωbias＝[ωbias_x,ωbias_y,ωbias_z]t为陀螺仪对应x轴、y轴、z轴的零偏；
17、观测方程的表达式为：
18、zk＝h(xk)+vk
19、
20、其中，zk为量测向量，该向量为经过温度补偿和零偏校准后的加速度数据，h(·)表示非线性函数，vk为观测噪声；
21、2)进行卡尔曼滤波过程，并计算当前时刻k的卡方检验值rk。
22、进一步地，所述倾斜判断模块基于mems陀螺仪采集并进行补偿校准后的角速度数据减去姿态解算模块输出的mems陀螺仪的实时零偏数据ωbias进行零偏校准后得到的实时角速度ω进行倾斜状态判断，具体为：
23、若实时角速度ω呈增大趋势，且在设定的时间段tr内从0rad/s上升并超过判断阈值ωmax，且持续大于判断阈值ωmax的时间超过设定时间tc，则判断移动ct机进入正转状态；
24、若实时角速度ω呈减小趋势，且在设定的时间段tr内从0rad/s减小并低于判断阈值-ωmax，且持续小于判断阈值-ωmax的时间超过设定时间tc，则判断移动ct机进入反转状态；
25、所述正转状态和反转状态均判定为倾斜状态，当移动ct机处于倾斜状态时，若实时角速度回到0rad/s并超过设定时间tc则视为处于非倾斜状态。
26、进一步地，当移动ct机处于倾斜状态时，姿态解算模块直接通过数据通信模块输出姿态角数据，当移动ct机处于非倾斜状态时，姿态解算模块输出的姿态角数据通过角度滤波模块进行一阶参数自适应滤波后再通过数据通信模块输出。
27、进一步地，所述角度滤波模块进行滤波的过程具体为：
28、1)当三轴加速度计实时采集到的加速度数据acc在设定时间段tx内的变化超过了设定的阈值accx，或者当前时刻的卡方检验值rk超过第一阈值r0，则启动滤波，若滤波参数a＜a0，则令a＝a0，a0为第一滤波参数阈值，且a0＞1；
29、2)当卡方检验值rk超过设定的第二阈值r1时，根据卡方检验值rk进行一阶参数自适应滤波；
30、3)当卡方检验值rk超过设定的第三阈值r2，或者三轴加速度的均方根偏离1超过了设定的阈值，则限制一阶参数自适应滤波的角度更新，使当前时刻的滤波输出值取上一时刻的滤波输出值。
31、进一步地，所述步骤2)中，一阶参数自适应滤波的滤波公式为：
32、
33、其中，y(k)、y(k-1)分别为k和k-1时刻的滤波输出，x(k)为k时刻的采样值，即姿态解算模块k时刻输出的姿态角。
34、进一步地，所述步骤2)中，一阶参数自适应滤波的滤波参数自适应调节具体为：
35、若rk×gain＜a0,则令a＝a0；
36、若rk×gain＞amax，则令a＝amax；
37、若a0≤rk×gain≤amax，则令a＝rk×gain，其中，gain为设定的增益。
38、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
39、本专利技术根据实时角速度将移动ct机所处的状态分为倾斜状态和非倾斜状态。倾斜状态下直接使用姿态融合模块输出的姿态角数据，保证输出角度的实时性；在非倾斜状态下，则根据运动加速度和卡方检验值进行参数自适应滤波，在运动加速度超阈值时暂时停止角度更新，直接输出上一次角度值，以保证产本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述姿态采集器包括用以实时采集移动CT机倾斜部分加速度数据的三轴加速度计以及用以实时采集移动CT机倾斜部分角速度数据的MEMS陀螺仪。
3.根据权利要求2所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述姿态补偿模块用以对三轴加速度计和MEMS陀螺仪分别进行上电初始零偏校准和温度补偿，并且对三轴加速度计进行失调误差offset校准以及灵敏度误差校准。
4.根据权利要求1所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述姿态解算模块采用基于四元数的EKF姿态融合算法对补偿校准后的加速度和角速度数据进行融合，得到当前最优的四元数以及MEMS陀螺仪的三轴零偏数据，并将四元数转换为姿态角数据输出。
5.根据权利要求4所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述基于四元数的EKF姿态融合算法具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种移动CT用动态倾角传感器
7.根据权利要求1所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，当移动CT机处于倾斜状态时，姿态解算模块直接通过数据通信模块输出姿态角数据，当移动CT机处于非倾斜状态时，姿态解算模块输出的姿态角数据通过角度滤波模块进行一阶参数自适应滤波后再通过数据通信模块输出。
8.根据权利要求7所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述角度滤波模块进行滤波的过程具体为：
9.根据权利要求8所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述步骤2)中，一阶参数自适应滤波的滤波公式为：
10.根据权利要求9所述的一种移动CT用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述步骤2)中，一阶参数自适应滤波的滤波参数自适应调节具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种移动ct用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种移动ct用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述姿态采集器包括用以实时采集移动ct机倾斜部分加速度数据的三轴加速度计以及用以实时采集移动ct机倾斜部分角速度数据的mems陀螺仪。
3.根据权利要求2所述的一种移动ct用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述姿态补偿模块用以对三轴加速度计和mems陀螺仪分别进行上电初始零偏校准和温度补偿，并且对三轴加速度计进行失调误差offset校准以及灵敏度误差校准。
4.根据权利要求1所述的一种移动ct用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述姿态解算模块采用基于四元数的ekf姿态融合算法对补偿校准后的加速度和角速度数据进行融合，得到当前最优的四元数以及mems陀螺仪的三轴零偏数据，并将四元数转换为姿态角数据输出。
5.根据权利要求4所述的一种移动ct用动态倾角传感器测量系统，其特征在于，所述基于四元数的ekf姿态融合算法具体包括以下步骤：
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘岳，李美华，黎伟，
申请(专利权)人：直川科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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