RU2753150C1 - Способ скалярной калибровки блока акселерометров - Google Patents
Способ скалярной калибровки блока акселерометров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753150C1 RU2753150C1 RU2020139186A RU2020139186A RU2753150C1 RU 2753150 C1 RU2753150 C1 RU 2753150C1 RU 2020139186 A RU2020139186 A RU 2020139186A RU 2020139186 A RU2020139186 A RU 2020139186A RU 2753150 C1 RU2753150 C1 RU 2753150C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calibration
- vector
- block
- accelerometers
- parameters
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при тестировании и проверке работоспособности чувствительных элементов инерциальных систем навигации. Способ скалярной калибровки блока акселерометров дополнительно содержит этапы, на которых перед калибровкой определяют оптимальные угловые положения блока для измерений путем минимизации углового функционала так, чтобы минимизировать влияние неучитываемых погрешностей в условиях проведения калибровки. Технический результат – повышение точности калибровки блока акселерометров.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при тестировании и проверке работоспособности чувствительных элементов инерциальных систем навигации.
Известны способы скалярной калибровки и векторной калибровки, описанные соответственно в статьях «О скалярной калибровке блока акселерометров и гироскопов» В.В. Аврутов, Вестник НТУУ «КПИ», 2010, серия «ПРИКЛАДОБОРУДОВАНИЕ», вып.40, с. 10-17 (принято за прототип изобретения), и «Сравнение методов оценки параметров погрешностей блока акселерометров трехосной гиростабилизированной платформы» Гребенкин М.Д., Труды ФГУП "НПЦАП". Системы и приборы управления, 2017, No 4, с. 22-31 (принято за аналог изобретения).
В них рассматривается калибровка набора из трех взаимно ортогональных акселерометров. В качестве оцениваемых при калибровке параметров модели ошибок акселерометров рассматриваются отклонения масштабных коэффициентов, нулей и угловые параметры, описывающие ошибку выставки оси чувствительности датчика в приборной системе координат (по одному или по два угловых параметра на каждый из датчиков, соответственно для прототипа или аналога). Блок акселерометров последовательно устанавливают в угловые положения на неподвижном стенде, снимая измерения. В аналоге получают измерения каждого акселерометра в отдельности и сравнивают с ожидаемыми в данном положении и географической точке. В прототипе для каждого момента измерения вычисляется модуль измеренного кажущегося ускорения и результат сравнивается с модулем вектора ускорения силы тяжести в данной географической точке. В обоих методах предполагается, что разности (невязки) между измеренными и ожидаемыми величинами обусловлены отклонениями рассматриваемых параметров модели погрешности датчиков. С помощью ряда Тейлора невязки измерений линейно связываются с отклонениями оцениваемых параметров от их номинальных величин. После проведения достаточного количества измерений, получают несовместную систему линейных уравнений, которую можно решить приближенно. Результатом калибровки является получаемое приближенное решение, т.е. коррекция для рассматриваемого набора параметров.
Недостатком аналога является сильное влияние на точность оценки ошибок при выставке калибруемого блока в калибровочные угловые положения. Недостатком прототипа является ненаблюдаемость всех параметров модели погрешностей, описывающих ошибки выставки осей чувствительности акселерометров в приборной системе координат. Следствием этого является необходимость принимать положение оси чувствительности одного из акселерометров идеальным, то есть безошибочно совпадающим с одной из осей приборной системы координат. Это в свою очередь приводит к ошибке в привязке блока акселерометров к системе отсчета объекта управления и формированию дополнительных погрешностей в навигационных данных.
Задачей изобретения является повышение точности калибровки блока акселерометров за счет повышения устойчивости оценки к неучтенным погрешностям в калибровочных измерениях.
Для решения задачи в способе скалярной калибровки блока акселерометров заключающемся в том, что проводят измерения кажущегося ускорения, обусловленного силой тяжести, акселерометрами в различных угловых положениях блока и рассчитывают квадраты модуля вектора ускорения силы тяжести в этих положениях, определяют невязку между ожидаемыми и рассчитанными в различных угловых положениях блока квадратами модуля вектора ускорения силы тяжести, массив невязок линейно связывают с вектором отклонений параметров акселерометров, формируя калибровочную матрицу системы уравнений, решением системы уравнений методом наименьших квадратов или с помощью фильтра Калмана для стационарной системы оценивают вектор коррекции параметров модели акселерометров, и выполняют калибровку акселерометров, согласно изобретению, перед калибровкой определяют оптимальные угловые положения блока для измерений путем минимизации углового функционала так, чтобы минимизировать влияние неучитываемых погрешностей в условиях проведения калибровки.
Углы α, β описывают положение кажущегося вектора ускорения в полярной системе координат, привязанной к калибруемому блоку. Угловой функционал PDi(α, β), описывает модуль проекции вектора-строки Di(α, β), линейно связывающего вектор отклонений искомых параметров с невязкой, полученной на i-том измерении, на матрицу Di калибровочной системы уравнений, сформированной к моменту проведения i-того измерения. Таким образом, функционал PDi(α, β) зависит от углового положения блока в базовой системе координат. Улучшение устойчивости метода к неучитываемым погрешностям в условиях калибровки достигается последовательным выбором 8 угловых положений (что вместе с изначальным соответствует количеству оцениваемых параметров) таких, что для каждого положения i=2…9 функционал PDi(α, β) принимает минимальное значение.
Линейная связь отклонений искомых параметров от номинальных значений с невязкой (разностью) полученных измерений и ожидаемых значений имеет вид линейного уравнения, описываемого выражением:
где
δр - вектор отклонений искомых параметров;
D - матрица системы линейных уравнений;
z - вектор полученных невязок.
Если условия калибровки выполнены с погрешностями, к величинам невязок добавляются неизвестные величины δz, что приводит к ошибке в получаемой оценке:
Влияние величины вектора δz на величину вектора е определяется числом обусловленности обращаемой части выражения (2) μ=cond(DT⋅D):
Матрица D определяется угловыми положениями, в которых проводились измерения. Таким образом, выбор угловых положений задает влияние погрешностей в условиях калибровки на итоговую точность оценки.
Выбирая для каждого измерения такие угловые положения, что функционал PDi(α, β) имеет минимальное значение, можно получить матрицу D, максимально близкую к ортогональной. Следовательно матрица DT⋅D будет максимально близка к диагональной, что приведет к минимизации числа обусловленности μ и тем самым обеспечит устойчивость получаемой оценки вектора δр к неизвестным возмущениям в векторе невязок z.
Функционал PDi(α, β) для угловой ориентации i описывает модуль проекции вектора-строки на матрицу Di калибровочной системы уравнений, сформированной к моменту проведения i-того измерения.
Здесь gПСК(α, β) это вектор кажущегося ускорения (ускорения силы тяжести) в полярной приборной системе координат, привязанной к блоку. gПСК(α, β) имеет вид:
где g - модуль вектора кажущегося ускорения.
Вид вектора-строки Di(α, β) зависит от номинальной конфигурации тройки акселерометров и предполагается известным.
Необходимо выбрать минимум 9 угловых положений блока для проведения измерений (включая первоначальное), то есть 9 пар {α, β}. Первое положение выбирается произвольно, оставшиеся выбираются последовательно так, чтобы достигался минимум PDi(α, β), i=2…9. Одна пара {α, β} целиком описывает угловое положение блока, следовательно может быть преобразована в соответствующие углы приведения подвесов калибровочного стенда. Полученные в найденных положениях измерения, а также измерения, сделанные в промежуточных положениях, используются для вычисления вектора невязок z. После этого вектор коррекции параметров модели погрешностей блока δр оценивается путем приближенного решения системы калибровочных уравнений методом наименьших квадратов или алгоритмом фильтра Калмана для случая стационарного оцениваемого вектора. Скорректированный вектор параметров модели является результатом калибровки.
Таким образом, заявлен способ скалярной калибровки блока акселерометров заключающийся в том, что проводят измерения кажущегося ускорения, обусловленного силой тяжести, акселерометрами в различных угловых положениях блока и рассчитывают квадраты модуля вектора ускорения силы тяжести в этих положениях, определяют невязку между ожидаемыми и рассчитанными в различных угловых положениях блока квадратами модуля вектора ускорения силы тяжести, массив невязок линейно связывают с вектором отклонений параметров акселерометров, формируя калибровочную матрицу системы уравнений, решением системы уравнений методом наименьших квадратов или с помощью фильтра Калмана оценивают вектор коррекции параметров модели акселерометров, и выполняют калибровку акселерометров. Отличительная особенность способа заключается в том, что перед калибровкой определяют оптимальные угловые положения блока для измерений путем минимизации углового функционала так, чтобы минимизировать влияние неучитываемых погрешностей в условиях проведения калибровки.
Техническим результатом изобретения является повышение точности калибровки блока акселерометров за счет повышения устойчивости оценки к неучтенным погрешностям в калибровочных измерениях.
Claims (1)
- Способ скалярной калибровки блока акселерометров, заключающийся в том, что проводят измерения кажущегося ускорения, обусловленного силой тяжести, акселерометрами в различных угловых положениях блока и рассчитывают квадраты модуля вектора ускорения силы тяжести в этих положениях, определяют невязку между ожидаемыми и рассчитанными в различных угловых положениях блока квадратами модуля вектора ускорения силы тяжести, массив невязок линейно связывают с вектором отклонений параметров акселерометров, формируя калибровочную матрицу системы уравнений, решением системы уравнений методом наименьших квадратов или с помощью фильтра Калмана оценивают вектор коррекции параметров модели акселерометров и выполняют калибровку акселерометров, отличающийся тем, что перед калибровкой определяют оптимальные угловые положения блока для измерений путем минимизации углового функционала так, чтобы минимизировать влияние неучитываемых погрешностей в условиях проведения калибровки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139186A RU2753150C1 (ru) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Способ скалярной калибровки блока акселерометров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139186A RU2753150C1 (ru) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Способ скалярной калибровки блока акселерометров |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2753150C1 true RU2753150C1 (ru) | 2021-08-12 |
Family
ID=77349117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020139186A RU2753150C1 (ru) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Способ скалярной калибровки блока акселерометров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2753150C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249793C2 (ru) * | 2002-08-06 | 2005-04-10 | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания | Способ калибровки акселерометров |
RU2626288C1 (ru) * | 2016-03-21 | 2017-07-25 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | Способ определения погрешностей основных характеристик блока инерциальных измерителей |
CN108593965A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-28 | 福州大学 | 一种基于比力模和惯性稳定的加速度计系泊状态标定方法 |
-
2020
- 2020-11-27 RU RU2020139186A patent/RU2753150C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249793C2 (ru) * | 2002-08-06 | 2005-04-10 | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания | Способ калибровки акселерометров |
RU2626288C1 (ru) * | 2016-03-21 | 2017-07-25 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | Способ определения погрешностей основных характеристик блока инерциальных измерителей |
CN108593965A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-28 | 福州大学 | 一种基于比力模和惯性稳定的加速度计系泊状态标定方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Аврутов В.В. "О скалярной калибровке блока акселерометров и гироскопов". Теорія та практика навігаційних приладів і систем. Вісник НТУУ "КПІ". Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. - 2010. - Вип. 40. Стр. 10-17. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7467536B2 (en) | Positioning system for single or multi-axis sensitive instrument calibration and calibration system for use therewith | |
US20040007064A1 (en) | Acceleration measuring apparatus with calibration function | |
CN109791048A (zh) | 使用场景捕获数据校准惯性测量单元(imu)的组件的方法和系统 | |
US5166882A (en) | System for calibrating a gyro navigator | |
CN107356387B (zh) | 一种模态试验中多传感器附加质量消除方法 | |
CN100398274C (zh) | 基于平板测量的机器人工具中心点三分量校准法 | |
KR101698682B1 (ko) | 지자기 센서의 출력값을 보정하는 방법 및 장치 | |
US8566057B2 (en) | Method for self-adjustment of a triaxial acceleration sensor during operation, and sensor system having a three-dimensional acceleration sensor | |
KR20110085495A (ko) | 센서오차의 작동 중 자동교정 방법과 이를 이용한 관성항법장치 | |
KR101250257B1 (ko) | 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법 | |
RU2683144C1 (ru) | Способ определения ошибок ориентации измерительных осей лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров в бесплатформенной инерциальной навигационной системе | |
US7446883B2 (en) | Method and apparatus for tilt corrected lateral shear in a lateral shear plus rotational shear absolute flat test | |
RU2753150C1 (ru) | Способ скалярной калибровки блока акселерометров | |
CN107356786B (zh) | 加速度计的校准方法和装置、计算机可读存储介质 | |
RU2577806C1 (ru) | Способ калибровки акселерометрического трехосевого инклинометра | |
RU2717566C1 (ru) | Способ определения погрешностей инерциального блока чувствительных элементов на двухосном поворотном столе | |
RU2626288C1 (ru) | Способ определения погрешностей основных характеристик блока инерциальных измерителей | |
EP2363708B1 (en) | Apparatus and methods for imbalance compensation | |
RU2758891C1 (ru) | Способ комбинированной калибровки блока акселерометров | |
CN114624789A (zh) | 一种磁通门经纬仪仪器差的测量模型及不确定度评定方法 | |
US11371848B2 (en) | Method for characterising an inertial measurement unit | |
RU2718142C1 (ru) | Способ повышения точности калибровки масштабных коэффициентов и углов неортогональности осей чувствительности блока датчиков ДУС | |
Tomaszewski et al. | Analysis of the noise parameters and attitude alignment accuracy of INS conducted with the use of MEMS-based integrated navigation system | |
Belyaev et al. | Error Calculation for Accelerometer Calibration by Broadband Random Vibration Analysis | |
RU2727344C1 (ru) | Способ повышения точности калибровки блока микромеханических датчиков угловой скорости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20220325 |