余 乐， 李洋洋， 李阳光， 吴 超， 王 瑶， 陈 岩

(北京工商大学 计算机与信息工程学院 食品安全大数据技术北京市重点实验室，北京 100048)



用于虚拟现实的九轴惯性传感单元设计*

余 乐， 李洋洋， 李阳光， 吴 超， 王 瑶， 陈 岩

(北京工商大学 计算机与信息工程学院 食品安全大数据技术北京市重点实验室，北京 100048)

设计并实现了一种基于卡尔曼滤波的用于虚拟现实中运动追踪的关键装置—九轴惯性传感单元。以4元数为状态向量，在卡尔曼滤波器中，通过由加速度计和磁强计得到的姿态角对陀螺仪的漂移进行补偿。惯性传感单元的采样频率达到1 kHz。通过连接手机上位机测试，很好地实现了姿态角的融合和矫正。

虚拟现实; 姿态估计; 卡尔曼滤波; 惯性传感单元

0 引 言

近年来，虚拟现实技术在游戏、电影、直播等领域取得了巨大成功。惯性传感单元是其运动姿态捕捉的关键装置之一[1，2]。

目前，陀螺仪、加速度计和磁力计是主流的姿态测量组合[3]，但是三者测量的数据通过算法融合才能确定最终的姿态。常见的姿态解算算法中，欧拉角法[4～6]在解算过程中会产生奇异点；方向余弦法[5，6]参数太多，计算过程复杂；4元素法[6，7]由于实时性好，计算简单，不会产生奇异点等优点，是目前最主流的姿态解算算法。但是，陀螺仪随着时间的积分误差越来越大，同时，磁力计本身也很容易受到周围磁场的干扰。

另外，在计算简单的同时保证姿态解算的精度，是姿态解算算法研究的关注点[8]。……