ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИОННОГО ПОДХОДА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КАЛИБРОВКИ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
Технологии автономных робототехнических комплексов колесного типа становятся
более востребованными в последнее время. Отдельным видом применения таких техноло-
гии является автономный беспилотный наземный транспорт. В отличие от других видов
транспорта (воздушных, водных) наземным транспортным средствам требуется перио-
дически функционировать в условиях полной автономности – при недоступности внешней
связи с инфраструктурой, другими агентами транспортной сети. В таких обстановкахвопрос автономной навигации выходит на первое место, причем к точности позиционирова-
ния предъявляются повышенные требования, особенно в условиях антропогенной окружаю-
щей среды, например при движении в городской среде, по узким горным дорогам, тоннелям.
Одной из составных частей автономной навигации часто является инерциальная сборка,
состоящая из нескольких акселерометров, гироскопов, магнетометров. Для получения высо-
коточного навигационного решения на основе инерциальной сборки требуется качественно
производить ее калибровку. Отдельным вопросом стоит автоматизация и ее стоимость для
дальнейшего масштабирования необходимого для массового производства. В статье пред-
ставлена теория и методика автоматизированной калибровки инерциальной навигационной
системы на основе МЭМС датчиков при помощи решения оптимизационной задачи. Пред-
ложенная методика не требует высокоточного оборудования для проведения калибровки.
Целью представленной работы является разработка методов и теории калибровки инерци-
альных блоков навигации. В статье сформулированы общие модели измерений датчиков вхо-
дящих в состав инерциальной сборки, предложены методы калибровки параметров акселе-
рометров и гироскопов зафиксированных относительно друг друга. Представлен метод ав-
томатизации процесса калибровки, не требующий высокоточного оборудования. Представ-
лены результаты применения разработанных методов для калибровки реальной инерциаль-
ной сборки. Представлен стенд для автоматизированной калибровки.
Литература
2011, Vol. 12, No. 5, pp. 1157-1165.
2. Syed Z.F. [et al.]. A new multi-position calibration method for MEMS inertial navigation systems,
Measurement science and technology, 2007, Vol. 18. No. 7, pp. 1897.
3. Wang S., Meng N. A new Multi-position calibration method for gyroscope's drift coefficients
on centrifuge, Aerospace Science and Technology, 2017, Vol. 68, pp. 104-108.
4. Yang H. [et al.]. A novel tri-axial MEMS gyroscope calibration method over a full temperature
range, Sensors, 2018, Vol. 18, No. 9, pp. 3004.
5. Jia Y. [et al.]. Error analysis and compensation of MEMS rotation modulation inertial navigation
system, IEEE Sensors Journal, 2018, Vol. 18, No. 5, pp. 2023-2030.
6. Mones Z. [et al.]. A comparative study of gravitational acceleration cancellation from on-rotor
MEMS accelerometers for condition monitoring, 24th International Congress on Sound and
Vibration. International Institute of Acoustics and Vibration, IIAV, 2017.
7. Olivares A. [et al.]. High-efficiency low-cost accelerometer-aided gyroscope calibration, 2009
International Conference on Test and Measurement. IEEE, 2009, Vol. 1, pp. 354-360.
8. Choi K.Y., Jang S., Kim Y.H. Calibration of inertial measurement units using pendulum motion,
International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 2010, Vol. 11, No. 3, pp. 234-239.
9. Wu Y., Pei L. Gyroscope calibration via magnetometer, IEEE Sensors Journal, 2017, Vol. 17,
No. 16, pp. 5269-5275.
10. Delgado J.V. [et al.]. Automatic calibration of low cost inertial gyroscopes with a PTU, 2016
IEEE 19th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC). IEEE,
2016, pp. 121-125.
11. Madgwick S.O.H. Automated calibration of an accelerometers, magnetometers and gyroscopes-
a feasibility study, Tehc Rep, x-io Technologies Limited, Bristol, UK. 2010.
12. Filatov Y.V. [et al.]. Dynamic calibration method of inertial measurement units, Microsyst.
Technol., 2015, Vol. 21, No. 11, pp. 2463-2467.
13. Hung J.C., Thacher J.R., White H.V. Calibration of accelerometer triad of an IMU with drifting
Z-accelerometer bias, Proceedings of the IEEE National Aerospace and Electronics Conference.
IEEE, 1989, pp. 153-158.
14. Grewal M.S., Henderson V.D., Miyasako R.S. Application of Kalman filtering to the calibration
and alignment of inertial navigation systems, 29th IEEE Conference on Decision and
Control. IEEE, 1990, pp. 3325-3334.
15. Kim M.S., Yu S.B., Lee K.S. Development of a high-precision calibration method for inertial
measurement unit, International journal of precision engineering and manufacturing, 2014,
Vol. 15, No. 3, pp. 567-575.
16. Cheuk C.M. [et al.]. Automatic calibration for inertial measurement unit, 2012 12th International
Conference on Control Automation Robotics & Vision (ICARCV). IEEE, 2012,
pp. 1341-1346.
17. Zhang R., Hoflinger F., Reind L.M. Calibration of an IMU using 3-D rotation platform, IEEE
sensors Journal, 2014, Vol. 14, No. 6, pp. 1778-1787.
18. Litvin M.A. [i dr.]. Tipy oshibok v inertsial'nykh navigatsionnykh sistemakh i metody ikh
approksimatsii [Types of errors in inertial navigation systems and methods of their approximation],
Informatsionnye protsessy [Information processes], 2014, Vol. 14, No. 4, pp. 326-339.
19. El-Diasty M., El-Rabbany A., Pagiatakis S. Temperature variation effects on stochastic
characteristics for low-cost MEMS-based inertial sensor error, Measurement Science and
Technology, 2007, Vol. 18, No. 11, pp. 3321.
20. Niu X. [et al.]. Fast thermal calibration of low-grade inertial sensors and inertial measurement
units, Sensors, 2013, Vol. 13, No. 9, pp. 12192-12217.
