惯性导航原理(八)-IMU的标定

文章目录

  • IMU的标定
    • 加速度计的两位置法静态标定
    • 加速度计的两位置法静态标定(续)
    • 加速度计的六位置法标定算法
  • 陀螺标定原理
  • 标定方法总结
  • 新的标定方法
  • 如何测试和标定一个新的IMU?

IMU的标定

可用参考源:

  • 加速度计: 地球重力
  • 陀螺仪: 地球自转或转台旋转

方法:

  • 两位置、六位置法静态测试
  • 角速率测试

所需设备:

  • 转台
  • 立方体

加速度计的两位置法静态标定

惯性导航原理(八)-IMU的标定_第1张图片
需要说明的是,以fup为例,加速度计敏感轴朝上,说明以上为正,根据比力方程,f=a-g,在静止时,a=0,因此f=-g,由于g的方向是向下的,而前面有一个负号,因此f的方向就是向上的;同理,也能根据加速度计的测量模型列出朝下时候的测量值fdown,两者可组合计算出加速度计的零偏和比例因子误差

加速度计的两位置法静态标定(续)

由下图示例可知,两位置法静态标定具有一定的鲁棒性,也就是在加速度计轴偏移小角度的时候,对结果几乎没影响
惯性导航原理(八)-IMU的标定_第2张图片

加速度计的六位置法标定算法

六位置法标定算法是利用最小二乘进行解算的
惯性导航原理(八)-IMU的标定_第3张图片
惯性导航原理(八)-IMU的标定_第4张图片
当然还有十二位置法,就是当没有一个较理想的水平面放置传感器时,就可以一个朝向,镜像测两次,求平均作为这个面的最终测量值,以此抵消放置面倾斜引起的干扰

陀螺标定原理

惯性导航原理(八)-IMU的标定_第5张图片
由上图中的公式做一下说明:
1.对于陀螺输出的公式中,我们是直接列出平台角速度积分与陀螺角速度积分的关系的,也就是平台旋转的角度与陀螺输出的角度,进行量测模型建立的
2.地球自转在Z轴投影始终是正的
3.之所以列出角度的一个式子,是出于工程原因,因为角度的转台很便宜,精度也很高;而要达到所需的角速率的状态,价格很昂贵,因此直接考虑角速度的积分,也就是角度即可
4.正反转的积分时间一定要保持相同,这样才能抵消掉零偏的影响

标定方法总结

标定的精度依赖于各轴相对于参考坐标对准的准确
性。
为了获得准确的标定结果,需要一些专业设备(如
转台或规则的立方体)来获得IMU的精确姿态和旋
转角。
由于对专业设备的依赖性,这些标定方法主要设计
用于实验室测试、厂家校准和对较高精度的IMU的
标定。

新的标定方法

系统级标定

  • 不需要专业设备
  • 使用间接的参考
  • 用于低端传感器
  • 现场的标定和维护

如何测试和标定一个新的IMU?

  • 首先检查功能是否正常
  • 静态测试: 稳定平台, Allan方差分析
  • 立方体: 标定加速度计(陀螺?)
  • 单轴转台+ 立方体:
  • 多轴转台:
  • 温度试验箱:
  • 带试验箱的转台:
  • 其它工具: 分度头

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