主要内容

方向、位置和协调会议

传感器融合和跟踪工具箱™使您能够跟踪方向,位置,姿态和轨迹的一个平台。一个平台一般指任何你想要的对象跟踪其状态。

取向

取向被定义为角位移。方向可以被描述的点或框架旋转。点旋转的坐标系是静态的关键举措。在坐标系旋转,关键是静态和坐标系统动作。对于一个给定的轴和角度旋转,旋转和旋转坐标系定义等价的角位移,但在相反的方向。

传感器融合和跟踪工具箱默认坐标系旋转。

旋转和旋转坐标系

在坐标系表示,旋转方向被定义为父母对孩子帧。父母和孩子的选择取决于框架要解决的问题。例如,当你操作平台上的传感器的安装,您可以选择该平台的身体作为父框架,选择传感器安装框架作为子帧。旋转平台车身骨架的传感器安装框架定义的方向传感器的平台。

传感器的名声和车身骨架插图

传感器融合和跟踪工具箱主要支持NED (north-east-down)坐标系。金宝app您还可以使用ENU表示(east-north-up)坐标系在许多功能。(如在几个函数和对象geoTrajectory和gpsSensor),您需要使用ECEF (Earth-Centered-Earth-Fixed)框架和大地坐标的纬度、经度和海拔。ECEF和大地坐标的细节,请参阅在地理坐标框架的轨迹。

NED和ENU表示框架说明

框架旋转

与一个方向到另一个你必须旋转一个框架。表总结了z-y-x旋转约定。您还可以使用其他约定,如z-x-z旋转公约。看到旋转序列(RS)参数四元数为更多的细节在这些约定。

变量 欧拉角 象征 输出时间间隔(度)
z 偏航 ψ −≤180ψ< 180
y 球场 θ −≤90θ≤90
x 卷 ϕ −≤180ϕ< 180

积极的旋转角度对应于一个顺时针绕一个轴旋转时查看从原点沿轴的正方向。右手公约是等价的,积极的旋转由方向表示在你的右手手指卷曲当拇指指向旋转轴的方向。

定义三维坐标系旋转,必须按顺序旋转的轴。传感器融合和跟踪工具箱使用内在(进行帧)旋转,,每次旋转后,轴是在下一个旋转前更新。例如,一个轴旋转使用z-y-x公约:

  1. 父框架的旋转z设在产生一套新的轴,(x ',y ',z),x- - -y相互重合改变了x”——和y“相互重合,z设在保持不变。

    ( x ” y ” z ] = R z ( ψ ) ( x y z ]

  2. 新设置的轴旋转y设在,产生另一种新的轴,(x”,y”,z”)。

    ( x ” ” y ” z ” ] = R y ( θ ) ( x ” y ” z ]

  3. 这个新设置的轴旋转x“设在,到达所需的子帧,(x”,y”,z”)。

    ( x ” ” y ” ” z ” ” ] = R x ( ϕ ) ( x ” ” y ” z ” ]

三个连续旋转

这一系列旋转遵循公约中概述[1]。所需的旋转矩阵向量在父框架转换为向量的子帧对于给定的偏航,,,计算为:

R ( ψ , θ , ϕ ) = R x ( ϕ ) R y ( θ ) R z ( ψ ) = ( 因为 ψ 因为 θ 罪 ψ 因为 θ − 罪 θ 因为 ψ 罪 θ 罪 ϕ − 罪 ψ 因为 ϕ 罪 ψ 罪 θ 罪 ϕ + 因为 ψ 因为 ϕ 因为 θ 罪 ϕ 因为 ψ 罪 θ 因为 ϕ + 罪 ψ 罪 ϕ 罪 ψ 罪 θ 因为 ϕ − 因为 ψ 罪 ϕ 因为 θ 因为 ϕ ]

对于支持框架处理的特性,传感器融合和金宝app跟踪作为一个工具箱提供了坐标N3矩阵,N是样品的数量在时间和三列对应x- - - - - -,y- - - - - -,z相互重合。以下计算旋转父母孩子帧:

一个 孩子 = ( R ( ψ , θ , ϕ ) × ( 一个 父 ) T ) T

在哪里一个父代表一个N3的矩阵表示在父坐标系和坐标一个孩子是最终的N3矩阵坐标表示的子帧。

传感器融合和跟踪工具可以有效地定位计算使用四元数数据类型。使用四元数创建一个旋转矩阵,使用rotmat函数。

表达身体结构重力向量

打开生活的脚本

在一个框架内德,重力向量可以表示为

gn = [0 0 9.8];% m / s ^ 2

考虑车身骨架通过偏航的连续旋转20度,5度在球场,10度的辊父NED框架。

偏航= 20;%的学位距= 5;%的学位滚= 10;%的学位

获得身体的重力向量的表达框架,首先获得四元数相应的连续三个欧拉角。

q =四元数(偏航距辊,“eulerd”,“zyx股票”,“帧”);

然后,使用rotateframe目标函数,您可以获得身体的重力向量的坐标框架

gBody = rotateframe (q, gn)
gBody =1×3-0.8541 1.6953 9.6144

或者,您可以获得使用旋转矩阵的坐标。首先,您使用rotmat对象的函数四元数获得相应的旋转矩阵变换坐标的NED框架车身骨架。

R = rotmat (q,“帧”);

然后,获得身体的重力向量的坐标框架

gBody2 = (R * gn)”
gBody2 =1×3-0.8541 1.6953 9.6144

位置

位置被定义为平动距离坐标系原点父母坐标系原点到孩子。例如,以当地NED坐标系为父框架。NED坐标系统:

  • 原点任意固定在地球表面的一个点。这使得NED坐标系统当地的。

  • 的x设在指向北方椭圆体。

  • 的y设在指向东方椭球。

  • 的z设在点向下沿椭球正常(大地纬度,ρ)。

NED框架说明

方位和仰角

给定一个向量R3:

  • 方位被定义为的角x设在矢量的正交投影到xy飞机。角是积极的x设在向y设在。方位是在度的范围内(180−180)。

  • 海拔高度被定义为角度的投影吗xy平面向量。角是积极的xy飞机的z设在。海拔在学位(90−90)范围。

方位和仰角插图

姿态和轨迹

指定一个物体在三维空间完全,您可以组合位置和姿态。构成被定义为位置和姿态的结合。轨迹定义了如何构成会随着时间而改变。在传感器融合生成真实轨迹和跟踪工具箱,使用kinematicTrajectory或waypointTrajectory。生成地球轨迹,使用geoTrajectory。模拟多个平台的运动,使用trackingScenario。

另请参阅

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引用

[1]。标准的分布式交互仿真应用协议。IEEE P1278.1 / D16, 2012年5月18日,牧师。