VIO 中 IMU 的标定流程 (1/3) - imu_utils 使用备忘

imu_utils的使用流程

• 本篇博客不含有编译的过程，只是记录一下流程备忘。一共三篇分别记录imu_utils，kalibr_allan和imu_tk的使用过程，本篇是01篇imu_utils。
• IMU需要标定的参数主要是确定性误差和随机误差，确定性误差主要标定bias，scale和misalignment，随机误差主要标定noise和random walk，imu_utils是用于求取随机误差的开源工具。

使用步骤 step-by-step

一、连接IMU到电脑

• 输入命令 $ ls /dev/ttyUSB*
• 一般只有一个USB连接的话，输出 /dev/ttyUSB0则连接正确，串口已识别。

二、录制 ROS_bag

• 打开一个 terminal，打开 ROS主节点：$ roscore

• 打开一个 terminal，进入所对应IMU提供的SDK的包内查看节点，我们使用了Xsens提供的官方ROS驱动，输入命令 $ roscd xsens_driver/launch，查看文件 $ ls

• launch下有一个文件xsens_driver.launch，打开查看文件内容，输入命令$ gedit xsens_driver.launch，一般不需要修改，如果打开节点遇到timeout问题，可以适当将timeout default改大一点。

• 打开节点，输入命令$ roslanuch xsens_driver.launch，看到输出没有报错，节点启动成功。

• 打开一个 terminal，输入命令$ rostopic list查看所有话题，正常情况下会看到6个话题：
  /imu/data
/imu/mag
/imu_data_str
/rosout
/rosout_agg
/velocity

• 查看输出数据，输入命令$ rostopic echo /imu/data，看到节点正确输出IMU数据即可。

• 为存放bag数据新建一个文件夹，位置随意，并进入这个文件夹打开一个 terminal，输入命令$ rosbag record /imut/data -o test_imu_2020，这时输出命令类似如下。

• 查看文件夹，会看到test_imu_2020_20xx-xx-xx-xx-xx-xx.bag.active这个文件，就是正在录制的bag，静止不动，录制两个小时以上，录制完毕后ctrl + C停止即可。

三、使用imu_utils计算allan方差

• 打开一个 terminal，进入之前编译好的imu_utils文件夹下xsens.launch文件查看相关设置$ gedit xsens.launch。

• 这里有一个max_time_min表示使用bag数据的最大时长，单位是分钟，默认是120分钟，程序会在最大时间截断读取数据，然后终端下输入命令roslaunch imu_utils xsens.launch，先放着不要执行。

• 之前录制bag的终端不要关闭，由于我们在编译imu_utils时肯定会加载环境变量，因此在任何终端都可以调用ROS下的函数，在bag包存放的路径下使用rosbag提供的快速回放命令，rosbag play -r 200 test_imu_2020_20xx-xx-xx-xx-xx-xx.bag，也不要执行，先放着。

• 这一步是关键，在执行上上步roslaunch imu_utils xsens.launch之后，程序会进入等待话题的状态。
  

• 尽快执行rosbag play -r 200 test_imu_2020_20xx-xx-xx-xx-xx-xx.bag，程序进入bag读取，并计算allan方差。当bag包加速回放完毕后，执行launch的窗口仍然会显示wait for imu data.，等待一段时间计算，计算完毕后会显示计算结果。
  

• 显示done之后，在catkin_ws/src/imu_utils/data这个文件夹下会出现一系列的data文件，打开xsens_imu_param.yaml这个文件，会看到计算出来的噪声和随机游走的系数值。

四、绘制allan方差曲线

• 在/catkin_ws/src/imu_utils/scripts这个文件夹，有一些matlab的脚本，用于绘制allan方差曲线。需要修改data文件存放的路径和名字，但这些脚本没有提供计算函数，只是绘图，根据5个斜率值 [1] 可以从曲线计算出yaml文件对应的项目。
• Matlab中具体的参数读取参考这个博主即可，写得很好 [2]。

参考资料

[1] 厉宽宽, 陈允芳, 程敏, et al. MEMS-IMU随机误差的Allan方差分析[J]. 全球定位系统, 2016, 41(006):102-106.
[2] waihekor,CSDN博客, IMU噪声参数辨识-艾伦方差