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MEMS慣性傳感器誤差及校準小白入門(三)簡介傳感器的誤差最終校準

簡介

慣性導航系統(IMUs) 尤其是MEMS 慣性導航系統(微機電慣性導航系統),比如在手機裡的。有如下特點

  • 便宜
  • 體積小
  • 精度差,這裡的精度不僅僅指的是噪聲大,還有其他誤差來源,比如跨軸誤差,scf誤差等,這些誤差基本不随時間變化而變化進而使校準稱為可能

經過簡單"粗"校準(不需要專業的慣導測試裝置)後,MEMS IMU的精度會得到大大提升,在現實批量生産應用中有着很大意義。

傳感器的誤差

單個(單軸)傳感器:

對于MEMS傳感器,一個簡化的誤差模型是:

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多傳感器之間的誤差

多個傳感器(一般的MEMS傳感器很多都是三軸傳感器,相當于三個單軸傳感器互相疊放在一起,形成一顆晶片)放在一起叫做一個triad. 理想情況下,每個傳感器軸都應該是互相正交。但是實際情況并不總是完美。

比如想象一下,X軸與Y軸形成了α°的誤差 ,X軸與Z軸形成了β°的誤差,那麼X軸的實際測量值是:

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換一種寫法, 形成矩陣C:(load vector 的意思是 标準值,已知的一個加載值,用于校準傳感器)

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最終校準

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A被稱為增益矩陣,這個矩陣就是最終要求出的校準矩陣,這個矩陣包含了單個傳感器的增益誤差,和traid之間的互相耦合誤差以及非正交誤差。我們的最終目的,就是求出 校準矩陣A 和 零偏B

陀螺儀校準

任何校準中最重要的概念是要 加載已知大小的測試載荷!

對于陀螺儀,需要繞三個軸分别旋轉一定角度并記錄 陀螺儀的讀出值,在沒有專業裝置的情況下。最簡單的房子就是整一個正方體盒子。把陀螺儀放中間,然後利用正方體則比較友善的繞XYZ 分别旋轉。

  • 90° about body X (rotation 1)
  • 90°radians about body Y (rotation 2)
  • 90° radians about body Z (rotation 3)

再旋轉之前(或者之後) 最好先靜置陀螺儀來求出 零偏B。在每次旋轉中,旋轉的角度出來的角度R 可以由傳感器讀值積分得到:

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還記得

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這個校準公式沒?

此時:

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這樣有了L和 R ,A直接來一把矩陣求逆就可以算出來了:

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加速度校準

加速度校準甚至比陀螺的校準還簡單,因為可以把重力當做一個非常靠譜的已知大小的校準載荷。

首先讓我們先解決零偏問題,在陀螺儀中,因為沒有天然的有效載荷,零偏可以通過靜置很容易求出。而加速度計,隻要靜止就會受到(隻受到)重力影響,這樣我們可以靠求正副兩個方向重力讀值然後加一起/2 得到:

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我們進行如下測量

  • 測量X軸朝上,朝下的讀數值(XUP XDOWN)
  • 測量Y軸朝上,朝下的讀數值(YUP YDOWN)
  • 測量Z軸朝上,朝下的讀數值(ZUP ZDOWN)

然後還是應用

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大法求出A

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參考文獻下載下傳:https://download.csdn.net/download/yandld/10546065

IMU

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