与指南针和陀螺仪的传感器融合：0 到 360 度之间

Question

我正在开发一个小型室内导航应用程序，其中使用陀螺仪和指南针来确定设备方向。我使用陀螺仪来平滑指南针数据。我的传感器融合如下所示。这是我的motionHandler，一切都发生在其中。

// Listen to events from the motionManager
motionHandler = ^ (CMDeviceMotion *motion, NSError *error) {

        __block float heading;
        heading = mHeading;

        CMAttitude *currentAttitude = motion.attitude;

        //Initial heading setting
        if (lastHeading == 0 && heading != 0) {
            updatedHeading = heading;
        }
        lastHeading = heading;

        if (oldQuaternion.w != 0 || oldQuaternion.x != 0 || oldQuaternion.y != 0 || oldQuaternion.z != 0){
            diffQuaternion = [self multiplyQuaternions:[self inverseQuaternion:oldQuaternion] :currentAttitude.quaternion];
            diffQuaternion = [self normalizeQuaternion:diffQuaternion];
        }            
        oldQuaternion = currentAttitude.quaternion;

        diffYaw = RADIANS_TO_DEGREES([self yawFromQuaternion:diffQuaternion]);         

        quaternion = currentAttitude.quaternion;

        //Get Pitch
        rpy.pitch = -[self pitchFromQuaternion:quaternion];
        rpy.pitch += M_PI/2;                        

        //Use Yaw-Difference for Heading
        updatedHeading = updatedHeading - diffYaw;

        //Heading has to be between 0 and 360 degrees
        if (updatedHeading < 0) {
            updatedHeading = 360 + updatedHeading;
        }
        else if (updatedHeading > 360) {
            updatedHeading -= 360;
        }

        //fusionate gyro estimated heading with new magneticHeading
        updatedHeading = (19.0*updatedHeading + 1.0*heading)/20.0;

        //generate queternion
        rotation = [self createFromAxisAngle:0 :rpy.pitch :DEGREES_TO_RADIANS(updatedHeading)];
    };

实际的传感器融合公式如下：updatedHeading = (19.0*updatedHeading + 1.0*heading)/20.0;。 这是我的 didUpdateHeading 函数，它接收最新的航向信息：

- (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didUpdateHeading:(CLHeading *)newHeading
{
    // Get new heading
    mHeading = newHeading.magneticHeading;    

    mHeading += 90;

    if (mHeading > 360) {
        mHeading -= 360;
    }
}

diffYaw 是陀螺仪计算的航向的变化。 rotation 是最终的四元数。 除了一种特殊情况：在 0 度和 360 度之间的过渡处，这一切都很完美。

如果 updatedHeading 接近但小于 360，并且 mHeading 略高于 0，则结​​果会沿圆圈移动。例如，如果 updatedHeading = 355 且 mHeading = 5，正确的结果应该在 360 到 5 之间。但是我的公式计算出 337.5 度，这显然是完全错误的！

我认为这个问题必须有任何通用的解决方法......

Answer 1

我通常在这些类型的角度计算中执行类似以下操作：

updatedHeading -= angleDiff(updatedHeading, mHeading) * 0.05;

其中angleDiff() 是：

double angleDiff( double angle1, double angle2 )
{
    double angle = angle1 - angle2;
    if( angle > 180 ) {
        angle -= 360;
    } else if( angle <= -180 ) {
        angle += 360;
    }
    return angle;
}

您可能希望在此之后将updatedHeading 返回到0-360 范围内：

updatedHeading = fmod( updatedHeading + 360, 360 );

您的示例通过此计算给出了355.5。