ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАСШТАБНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ И СМЕЩЕНИЙ НУЛЕЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УГЛОВОЙ СКОРОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНЕЙНОГО ДВОЙНОГО ФИЛЬТРА КАЛМАНА

Калибровка инерциальных датчиков и целых блоков инерциальных измерения (БИИ), как правило, проводится с использованием специальных поворотных или вращающихся стендов. Однако для микромеханических модулей использование подобного высокоточного оборудования не является целесообразным ввиду достаточно сильных уровней шумов и изменяющихся параметров моделей погрешностей. Существующие исключительно алгоритмические решения по калибровке микромеханических БИИ либо определяют слишком упрощенную модель ошибок БИИ, либо требуют достаточно большого времени на решение задачи. Поэтому в работе рассматривается применение двойного фильтра Калмана к оценке параметров модели измерений трехкомпонентного микромеханического датчика угловой скорости. Рассматриваемая модель измерений включает в себя масштабные коэффициенты и смещения нулей датчика. Для решения задачи в классический двойной фильтр Калмана вносится ряд модификаций. Для подтверждения работоспособности предложенного алгоритма проводятся вычислительные эксперименты, в которых измерения БИИ моделируются по истинной модели измерений. Результаты вычислительных экспериментов показали принципиальную применимость рассматриваемого подхода и достаточно высокую точность оценки масштабных коэффициентов.

1. Salychev O.S. Inertial Systems in Navigation and Geophysics. Moscow: Bauman MSTU Press, 1998, 352 p.

2. Быковский А.В. Калибровка бесплатформенной инерциальной навигационной системы в режиме «навигация» // Авиакосмическое приборостроение, 2014, № 1, с. 18–25.

3. Быковский А.В., Черников С.А. Калибровка гироскопов платформенной инерциальной системы одинарным гирокомпасированием // Авиакосмическое приборостроение, 2015, № 1, с. 3–7.

4. Быковский А.В. Метод калибровки бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия приборостроение, 1999, № 1, с. 14.

5. Hwangbo M., Kanade T. Factorization-Based Calibration Method for MEMS Inertial Measurement Unit. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), May 19-23, 2008. DOI:10.1109/ROBOT.2008.4543384.

6. Lee D., Lee S., Park S., Ko S. Test and Error Parameter Estimation for MEMS - Based Low Cost IMU Calibration. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 12(4), 2011, p. 597 – 603. DOI:10.1007/s12541-011-0077-9.

7. Artese G., Trecroci A. Calibration of a Low-Cost MEMS Ins Sensor for an Integrated Navigation System. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. vol. XXXVII, part B5, Beijing, 2008.

8. Nez A., Fradet L., Languillaumie P., Monnet T., Lacouture P. Comparison of calibration methods for accelerometers used in human motion analysis. Medical engineering & physics, 38(11), 2016, pp.1289–1299.

9. Tedaldi D., Pretto A., Menegatti E. A Robust and Easy to Implement Method for IMU Calibration without External Equipment. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2014, pp. 3042–3049.

10. Zhang H, Wu Y., Wu W., Wu M., Hu X. Improved multi-position calibration for inertial measurement units. Measurement Science and Technology, 21(1), 2009, p. 015107. DOI:10.1088/0957-0233/21/1/015107.

11. Fong W., Ong S., Nee A. Methods For In-Field User Calibration Of An Inertial Measurement Unit Without External Equipment. Measurement Science and Technology, 19(8), 2008, p. 085202.

12. Syed Z., Aggarwal P., Goodall C., Niu X., El-Sheimy N. New Multi-Position Calibration Method For Mems Inertial Navigation Systems. Measurement Science and Technology, 18(7), 2007, p. 1897. DOI:10.1088/0957-0233/18/7/016.

13. Skog I., Handel P. Calibration of a MEMS inertial measurement unit. XVII Imeko World Congress, 2006, p. 1–6.

14. Rebaudin V., Afzal M. H., Lachapelle G. Complete Triaxis Magnetometer Calibration in the Magnetic Domain. Journal of Sensors, vol. 2010, Article ID 967245, 10 pages, 2010. DOI:10.1155/2010/967245.

15. Gebre-Egziabher D., Elkaim G.H., Powell J.D., Parkinson B.W. Calibration of Strapdown Magnetometers in Magnetic Field Domain. Journal of Aerospace Engineering, 19(2), 2006, p. 87–102. DOI:10.1061/(ASCE)0893-1321(2006)19:2(87).

16. Markovsky I., Kukush A., Van Huffel S. Consistent Least Squares Fitting of ellipsoids. Numerische Mathematik, 98(1), 2004, p. 177–194. DOI:10.1007/s00211-004-0526-9.

17. Higham N., Hyun-Min Kim. Numerical Analysis of a Quadratic Matrix Equation. Ima Journal of Numerical Analysis, 20(4), 2000, p. 499–519. DOI:10.1093/imanum/20.4.499.

18. Ljung L., Söderström T. Theory and practice of recursive identification. MIT press; 1983, 529 p.

19. Ljung L. System Identification Theory for User. Upper Saddle River: Prentice-Hall, 1999, 631 p.

20. Haykin S. Kalman Filtering and Neural Networks. New York: John Wiley & Sons, 2001, 304 p.