1Введение.
С быстрым развитием беспилотных летательных аппаратов, автономных транспортных средств и интеллектуальных роботов высокоточное восприятие становится все более важным.IMU выступает в качестве "внутреннего уха и мозжечка" интеллектуального оборудования.Он поддерживает стабильное положение и непрерывную навигацию, когда GPS отказывается или окружающая среда резко меняется.
Многие думают, что более высокая точность навигации зависит только от более дорогих датчиков.Опираясь исключительно на высококачественное оборудование значительно увеличит затраты и вызовет несоответствие производительности продуктаКалибровка обеспечивает более умное и экономичное решение.
Калибровка IMU по существу является профессиональным процессом "инспекции и коррекции".превращает непредсказуемые ошибки в вычислимые и компенсируемые параметрыЭто гарантирует, что IMU выводит стабильные и точные данные в различных средах и рабочих состояниях.
2Что такое калибровка МУМ?
Проще говоря, калибровка - это стандартизированный процесс коррекции. Мы вводим стандартные и известные сигналы движения в IMU, такие как фиксированное положение и стабильная скорость вращения.Сравнивая стандартный вход и фактический выход датчика, мы обобщаем правила внутренней ошибки и формируем фиксированный алгоритм коррекции.
Калибровка не приукрашивает отдельные данные.Ее основная цель заключается в том, чтобы результаты измерений датчика были последовательными, стабильными и достоверными во всех сценариях.Квалифицированный результат калибровки имеет три особенности::
-
Объяснимо: Все ошибки соответствуют ясным физическим причинам, таким как нулевая предвзятость, ошибка коэффициента масштаба и неправильное выравнивание оси.
-
Предсказуемо: тенденцию ошибок при различных условиях работы можно предсказать заранее.
-
Поддается проверке: Эффект коррекции может быть проверен с помощью новых данных для соответствия отраслевым стандартам.
3. Основные источники ошибок IMU
Ошибки IMU в основном делятся на три категории, среди которых систематические ошибки являются основными целями калибровки:
-
Систематические ошибки: Стабильные и регулярные ошибки, включая нулевую предвзятость, отклонение коэффициента масштаба и неортогональные оси. Эти фиксированные ошибки можно точно моделировать и компенсировать.
-
Случайные ошибки: нерегулярный шум, который не может быть полностью устранен.
-
Ошибки установки и сцепления: Вызывается отклонением механической установки, воздействием рычага и разницей во времени синхронизации, которые необходимо исправить путем калибровки на уровне системы.
4. Общие типы калибровки
4.1 Калибровка на уровне устройства и системы
Калибровка на уровне устройстваЭто выполняется в лаборатории с помощью точных поворотных устройств и статических многопозиционных испытаний для исправления нулевых предвзятости, коэффициента масштаба и ошибок сцепления оси.
Калибровка на уровне системынаправлена на общие ошибки оборудования после установки IMU. Она корректирует угол отклонения установки,эффект рычага и асинхронные ошибки во времени путем объединения справочных данных GNSS и фактического состояния движения носителя.
4.2 Производственная калибровка и вторичная калибровка пользователя
Производственная калибровкаКалиброванные параметры закрепляются в устройстве, чтобы обеспечить консистенцию производственных продуктов.
Вторичная калибровкаОшибки будут немного увеличиваться из-за транспортировки, установки и длительного старения. Регулярная перекалибровка может восстановить оптимальную производительность датчика.
Онлайн калибровка в реальном времениавтоматически настраивает параметры с помощью алгоритмов во время работы оборудования, что служит дополнением в режиме реального времени к калибровке в автономном режиме.
5. Методы испытаний калибровки основных элементов
5.1 Статическая пробная пробка акселерометра
Гравитация Земли (1g) является стандартной и стабильной отсчётной системой.Собирая статические данные под гравитацией, мы можем точно рассчитать нулевую предвзятость, коэффициент масштаба и погрешность поперечной оси акселерометра.
5.2 Испытание гироскопической частоты на гирляндке
Гироскопы измеряют угловую скорость, поэтому им необходимо динамическое стандартное движение для калибровки.Высокоточный скоростной поворотный стол обеспечивает стабильное и точное вращение вперед и назад на разных скоростяхСравнивая выход гироскопа со стандартным значением проигрывателя, можно точно скорректировать нулевую предвзятость и погрешность коэффициента масштабирования каждой оси.Многоосевые поворотники могут завершить калибровку по всей оси одновременно с более высокой эффективностью.
5.3 Калибровка температуры
Параметры ИМУ сильно зависят от температуры. нулевая предвзятость и дрейф изменятся, очевидно, в условиях высокой и низкой температуры.датчик помещается в программируемую температурную камеру для повторения статических и динамических испытаний в пределах полного температурного диапазона (-40 °C ~ +85 °C)Наконец, установлена модель компенсации температуры.Система автоматически сопоставляет параметры коррекции в соответствии с температурой в реальном времени, чтобы обеспечить стабильную производительность в экстремальных условиях.
5.4 Испытание вибрационной калибровки
Вибрационное тестирование используется для проверки динамической реакции датчика.антивибрационная способность и чувствительность к ускорению, обеспечивая стабильную работу в вибрационных сценариях, таких как транспортные средства и самолеты.
6Стандартный процесс калибровки на уровне системы
Полная калибровка системы выполняется по зрелому процессу закрытого цикла для обеспечения точности и надежности параметров:
Шаг 1: Создать модель ошибок. Создать модели внутренних параметров (нулевая предвзятость, фактор масштаба, неправильное выравнивание оси) и модели внешних параметров (ошибка рычага, отклонение установки) для количественной оценки всех ошибок.
Шаг 2: Анализ распространения ошибок. Симулируйте, как крошечные ошибки датчиков накапливаются и влияют на результаты навигации положения, скорости и положения.
Шаг 3: Установка ссылок на наблюдения. Использовать внешние ссылки, такие как скорость и положение GNSS, и внутренние физические ограничения, такие как состояние статической нулевой скорости, для обеспечения стандартных показателей коррекции.
Шаг 4: Проектирование научной траектории движенияИспользуйте многоугольное переключение положения, положительное и отрицательное вращение и многоскоростное движение, чтобы полностью стимулировать все параметры ошибки.
Шаг 5: Решение и проверка данных. Собирать и очищать данные испытаний, вычислять параметры калибровки с помощью минимальных квадратов и алгоритмов фильтрации и проверять с помощью независимых данных.Утвердить параметры в устройстве после прохождения испытания.
7. Как оценить качество калибровки
Конвергенция параметровВо время итерации калибровки все параметры ошибок будут быстро корректироваться и, наконец, будут стабильны с небольшими колебаниями.Стабильное и плоское окончательное состояние доказывает, что параметры калибровки точны, эффективным и не будет дрейфовать случайным образом при фактическом использовании.
8. Резюме
Калибровка является наиболее экономичным способом использования максимального потенциала оборудования IMU. Она не зависит от обновления дорогих датчиков,но устраняет систематические ошибки посредством стандартизированного моделированияЭто позволяет каждому IMU иметь последовательную, стабильную и надежную производительность измерений в сложных и меняющихся условиях.Для всех высокоточных автономных навигационных аппаратов, калибровка является незаменимой базовой технологией для обеспечения долгосрочной стабильной работы.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
