Là thành phần cốt lõi của một inertialhệ thống điều hướng, độ chính xác đo lường của IMU trực tiếp quyết định hiệu suất tổng thể của hệ thống định vị. Two-dimensional calibration of the IMU primarily involves calibrating the error parameters of the accelerometers and gyroscopes in the horizontal plane (typically a combination of pitch-roll or azimuth-pitch). ATỷ lệ hai trụcbàn, với khả năng định vị góc chính xác cao và khả năng kiểm soát thái độ là thiết bị cốt lõi để đạt được hiệu chuẩn này.dựa trên các tiêu chuẩn ngành và thực tiễn kỹ thuật, chi tiết toàn bộ quá trình hiệu chuẩn IMU hai chiều bằng cách sử dụng một hai trụctỷ lệbảng, bao gồm bốn giai đoạn chính: chuẩn bị trước hiệu chuẩn, quy trình hiệu chuẩn cốt lõi, xử lý và xác minh dữ liệu và các bước cuối cùng, đảm bảo tiêu chuẩn hóavàkhả năng lặp lạicủa quá trình hiệu chuẩnvà độ tin cậy củahiệu chuẩnkết quả.
I. Chuẩn bị trước khi hiệu chuẩn
Chuẩn bị trước khi hiệu chuẩn là điều cơ bản để đảm bảo độ chính xác hiệu chuẩn. Nó cần được thực hiện trong bốn khía cạnh: lựa chọn và kiểm tra thiết bị, kiểm soát tình trạng môi trường, kiểm tra và kiểm tra các thiết bị.Cài đặt và gỡ lỗi IMU, và cài đặt hệ thống phần mềm, để đảm bảo rằng mỗi bước đáp ứng các yêu cầu hiệu chuẩn.
(Ⅰ) Chọn và kiểm tra thiết bị
1.Hai trụctỷ lệchọn bảng: Dựa trên mức độ chính xác của IMU và yêu cầu hiệu chuẩn, chọn một trục képtỷ lệBảng đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác vị trí góc, ổn định tốc độ góc và góc trục.tỷ lệđộ chính xác vị trí góc của bàn nên tốt hơn 10′′, và độ thẳng đứng của trục tốt hơn 5′′; đối với IMU cấp tiêu dùng,tỷ lệđộ chính xác của bảng có thể được giảm thích hợp (sự chính xác vị trí góc ≤ 30 ′′).tỷ lệbảng phải hỗ trợ chế độ định vị tĩnh và chế độ đầu ra tốc độ động và đáp ứng các yêu cầu hiệu chuẩn cho Accelerometer Zero Bias và Scale Factor,cũng như gyroscope không thiên vị và yếu tố quy mô.
2.Kiểm tra thiết bị phụ trợ: Chuẩn bị một nguồn điện chính xác cao (khả năng ổn định điện áp đầu ra ≤ 0,1%) để cung cấp năng lượng cho IMU, đảm bảo rằng biến động điện áp không gây ra lỗi đo;sử dụng thẻ thu thập dữ liệu (tỷ lệ lấy mẫu ≥ 100Hz, độ phân giải ≥16 bit) để thu thập các tín hiệu gia tốc và tốc độ góc phát ra bởi IMU, cũng như các tín hiệu phản hồi vị trí góc / tốc độ góc củatỷ lệbảng; kiểm tra hệ thống điều khiển servo vớitỷ lệNgoài ra, các công cụ như mộtCông cụ cân bằngvà chìa khóa mô-men xoắn được yêu cầu để cân bằng và cố định IMU sau khi lắp đặt.
3.Kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị: Chuẩn đoán trước của hai trụctỷ lệbảng được thực hiện để xác minh vị trí góc của nó,tỷ lệ gócđộ chính xác và góc trục,trong số các thông số kỹ thuật khácCác giá trị thực tế và các giá trị chỉ định cho mỗi trục củatỷ lệbảng ở các vị trí góc khác nhau được đo để đảm bảo các độ lệch nằm trong giới hạn chấp nhận được.tỷ lệmặt phẳng tham chiếu ngang của bảng được kiểm tra để đảm bảo độ phẳng của nó tốt hơn5Đồng thời, IMU được bật và làm nóng trước, trạng thái đầu tiên của nó được ghi lại và các trục trặc thiết bị ban đầu được loại bỏ.
(Ⅱ) Kiểm soát tình trạng môi trường
1.Điều khiển nhiệt độ: Các thông số lỗi của IMU bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ. Nhiệt độ môi trường hiệu chuẩn nên được kiểm soát ở (20±2) °C và tốc độ thay đổi nhiệt độ nên ≤ 0,5 °C/h. This can be achieved through a constant temperature laboratory or a temperature control system to ensure temperature stability during calibration and reduce the impact of temperature drift on the calibration results.
2.Kiểm soát rung động và nhiễu: Môi trường hiệu chuẩn phải cách xa các nguồn rung động (như máy công cụ, quạt,xe hạng nặng, vv), và các biện pháp cách ly rung động nên được thực hiện trên mặt đấtXây dựng một nền tảng cách ly rung động hoặcĐồng thời, tránh nhiễu điện từ mạnh, và nối đấttỷ lệbàn, IMU và thiết bị thu thập dữ liệu (kháng kết nối đất ≤ 4Ω) để giảm nhiễu tiếng ồn từ điện đến tín hiệu đầu ra IMU.
3.Kiểm soát áp suất không khí và độ ẩm: Đối với các IMU dựa trên áp suất không khí để hiệu chuẩn (chẳng hạn như một số IMU kết hợp với barometer), áp suất không khí xung quanh nên được ổn định ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn (101,325kPa±1kPa),và độ ẩm tương đối nên được kiểm soát ở mức 40% ~ 60% để tránh sự thay đổi độ ẩm khiến các mạch bên trong của IMU ẩm ướt hoặc hiệu suất cách nhiệt xấu đi.
(Ⅲ) Cài đặt và gỡ lỗi IMU
1.Thiết bị cơ khí: Đặt IMU vàobàn làm việc của bảng tốc độ hai trục bằng cách sử dụng một kẹp chuyên dụng, đảm bảo rằng trục cảm biến của IMU phù hợp với rănThông thường, trục X của IMU nên song song với trục quay của răntrục bên trong (hoặc bên ngoài) của bảng, và trục Z nên vuông với rănmặt phẳng bàn làm việc của bàn (tức là theo hướng trọng lực). Sử dụng chìa khóa mô-men xoắn để thắt kẹp đến mô-men xoắn được chỉ định,tránh sự lỏng lẻo quá mức có thể gây ra sự dịch chuyển của IMU trong quá trình hiệu chuẩn, hoặc độ chặt quá mức có thể gây ra biến dạng cấu trúc IMU.
2.Định chuẩn định tuyến trục: Độ chính xác liên kết giữa IMU vàtỷ lệBảng được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng một mức độ và thiết bị định vị laser.tỷ lệSau đó, bằng cách xoay tròn các thiết bị, các thiết bị có thể được chuyển sang vị trí ngang, đảm bảo rằng trục Z của IMU song song với hướng trọng lực.tỷ lệbảng, xác minh sự song song giữa trục cảm biến của IMU vàtỷ lệtrục xoay của bàn. Sai số song song nên ≤ 5′′. Nếu độ chính xác sắp xếp không đáp ứng các yêu cầu,điều chỉnh vị trí thiết bị và lặp lại hiệu chuẩn cho đến khi nó đáp ứng tiêu chuẩn.
3.Kết nối điện và gỡ lỗi: Kết nối IMU với nguồn cung cấp điện và thẻ thu thập dữ liệu, đảm bảo dây điện an toàn và liên lạc tốt để tránh mất tín hiệu hoặc biến dạng do kết nối lỏng lẻo.thời gian làm nóng trước phụ thuộc vào loại IMU (IMU cấp điều hướng thường đòi hỏi 30-60 phút, IMU cấp tiêu dùng cần 10-20 phút) để cho phép nhiệt độ bên trong của IMU ổn định. Trong quá trình sưởi ấm trước, theo dõi sự ổn định của tín hiệu đầu ra của IMU. Nếu biến động tín hiệu,tiếng ồn quá mức, hoặc các bất thường khác xảy ra, khắc phục sự cố của dây dẫn hoặc thiết bị.
(Ⅳ) Thiết lập hệ thống phần mềm
1.Cấu hình phần mềm điều khiển: Lắp đặt hai trụctỷ lệphần mềm điều khiển bàn và cấu hình cácănCác thông số trục của bảng (chẳng hạn như đường kính trục, tỷ lệ truyền tải), chế độ điều khiển ( tĩnh/dinamic), vị trí góc / tốc độ góccài đặt, vv Đồng thời, thiết lập các điều kiện kích hoạt thu thập dữ liệu để đảm bảo rằng thu thập dữ liệu chỉ bắt đầu sau khiănĐịnh hướng của bàn đã ổn định, tránh nhiễu tín hiệu trong quá trình chuyển đổi.
2.Trình chỉnh lỗi phần mềm thu thập dữ liệu: Trình chỉnh lỗi phần mềm thu thập dữ liệu, thiết lập các tham số như tỷ lệ lấy mẫu, thời gian lấy mẫu và định dạng lưu trữ dữ liệu (ví dụ: tệp CSV, MAT).Thiết lập một cơ chế thu thập đồng bộ cho tín hiệu đầu ra IMU vàtỷ lệtín hiệu phản hồi bảng, đảm bảo rằng dấu thời gian của chúng được sắp xếp với một lỗi ≤1ms. Kiểm tra tính toàn vẹn và độ chính xác của việc thu thập dữ liệu thông qua các thử nghiệm thu thập mô phỏng,và khắc phục các vấn đề như mất dữ liệu và chậm trễ.
3.Việc triển khai thuật toán hiệu chuẩn: Dựa trên các yêu cầu hiệu chuẩn (chẳng hạn như hiệu chuẩn thiên hướng tăng tốc / nhân tố mở rộng, bias gyroscope / nhân tố mở rộng),triển khai thuật toán hiệu chuẩn tương ứng (như phương pháp vuông nhỏ nhất, phương pháp lọc Kalman). Bắt đầu các thông số thuật toán, chẳng hạn như số lần lặp và ngưỡng hội tụ,để đảm bảo rằng thuật toán có thể giải quyết chính xác các thông số lỗi của IMU.
II. Quá trình hiệu chuẩn cốt lõi
Quá trình hiệu chuẩn cốt lõi xoay quanh hai thành phần cốt lõi của IMU: máy đo tốc độ và kính quay.Dựa trên khả năng định vị tĩnh và điều khiển tốc độ động của trục képtỷ lệbảng, các tham số lỗi trong hai chiều được hiệu chuẩn từng bước.hiệu chuẩn tĩnh của đồng hồ tăng tốc, hiệu chuẩn không thiên vị tĩnh của gyroscope và hiệu chuẩn tốc độ động của gyroscope.
(Ⅰ) Kiểm định tĩnh của máy đo tốc độ
Mục đích của hiệu chuẩn tĩnh của máy đo tốc độ là giải quyết cho tỷ lệ thiên vị và tỷ lệ mở rộng bằng không.Nó sử dụng các dự án của gia tốc hấp dẫn dưới các thái độ khác nhau như là một đầu vào tham chiếu, và thiết lập một mô hình lỗi và giải quyết cho các thông số bằng cách đo tín hiệu gia tốc phát ra bởi IMU.
1.Kế hoạch thái độ cho hiệu chuẩn: Dựa trên các hướng trượt và cuộn hai chiều, sáu thái độ tĩnh điển hình được lên kế hoạch (đảm bảo rằng gia tốc hấp dẫn có thể bao phủ đầy đủ các X, Y,và các trục nhạy Z của máy đo tốc độ)Các thái độ cụ thể là như sau: 1 Pitch 0 °, Roll 0 ° (trục Z dương theo hướng trọng lực); 2 Pitch 0 °, Roll 180 ° (trục Z âm theo hướng trọng lực); 3 Pitch 90 °,Roll 0° (X-axis dương theo hướng trọng lực); 4 Pitch 90°, Roll 180° (X-axis âm theo hướng trọng lực); 5 Pitch 0°, Roll 90° (Y-axis dương theo hướng trọng lực); 6 Pitch 0°,Cuộn 270 ° (trục Y âm dọc theo hướng trọng lực).
2.Điều chỉnh và ổn định thái độ: lệnh vị trí góc cho mỗi thái độ được gửi theo thứ tự thông qua hai trụctỷ lệPhần mềm điều khiển bàn.tỷ lệbảng điều khiển IMU quay đến vị trí mục tiêu, nó vẫn ổn định tĩnh. Thời gian ổn định cho mỗi vị trí là ≥30s,đảm bảo sự ổn định của tín hiệu gia tốc phát ra từ IMU (chân phình biến động tín hiệu ≤0Trong quá trình ổn định, tín hiệu phản hồi vị trí góc củatỷ lệNếu độ lệch vị trí vượt quá phạm vi cho phép (≤ 5 ′′),tỷ lệbảng tự động thực hiện điều chỉnh bù.
3.Thu thập và ghi lại dữ liệu: Sau khi mỗi vị trí ổn định, phần mềm thu thập dữ liệu được kích hoạt để thu thập các tín hiệu gia tốc trục X, Y và Z do IMU phát ra. Thời gian lấy mẫu là ≥10s,và tỷ lệ lấy mẫu là ≥ 100HzĐồng thời, vị trí góc thực tế củatỷ lệBảng (đường nghiêng θ, góc lăn φ) được ghi lại để tính toán các giá trị chiếu của gia tốc hấp dẫn trên mỗi trục nhạy cảm (sản nhập tham chiếu).Dữ liệu thu được được lưu trữ theo thái độ, được dán nhãn rõ ràng với thông tin về thái độ và thời gian.
4.Xây dựng mô hình lỗi và giải pháp tham số: Mô hình lỗi của máy đo tốc độ được thiết lập, bỏ qua các lỗi nối chéo (có thể được đơn giản hóa trong hiệu chuẩn hai chiều).
a = K(a + b) (i=X,Y,Z)
Trong đó a là gia tốc của trục đầu tiên của IMU, K là nhân tố quy mô của trục đầu tiên, a là gia tốc tham chiếu của trục đầu tiên (kế hoạch phóng xạ gia tốc hấp dẫn),và b là thiên vị không của trục i-thDựa trên gia tốc tham chiếu a (được tính từ θ và φ, chẳng hạn như gia tốc tham chiếu trục Z a = g·cosθ·cosφ, gia tốc tham chiếu trục X a = g·sinθ,Tốc độ tham chiếu trục y a=g·sinφ·cosθ, trong đó g là gia tốc hấp dẫn, được lấy là 9,80665m / s2) và a, K và b tương ứng được giải quyết bằng phương pháp vuông nhỏ nhất.
(II)Kiểm tra độ thiên vị không tĩnh của quay
Sự thiên vị không tĩnh của kính gyroscope đề cập đến độ lệch đầu ra của kính gyroscope khi không có đầu vào tốc độ góc.Nó cần phải được giải quyết bằng cách thu thập dữ liệu lâu dài trong khi IMU không hoạt động.
(III)Định chuẩn tốc độ động của gyroscope
Mục đích của hiệu chuẩn tốc độ động của gyroscope là để giải quyết cho yếu tố mở rộng của nó.tỷ lệbảng như một đầu vào tham chiếu, một mô hình lỗi được thiết lập và yếu tố mở rộng được giải quyết bằng cách đo tín hiệu đầu ra của gyroscope.
1.Chọn vị trí hiệu chuẩn: Chọn một vị trí ngang với độ nghiêng 0 ° và xoay 0 °. Ở vị trí này, IMU không có đầu vào tốc độ góc, và đầu ra gyroscope chỉ chứa không thiên vị và tiếng ồn.tỷ lệBàn không cần phải quay trong tư thế này; chỉ cần giữ cho sân khấu ngang và ổn định.
2.Thu thập dữ liệu dài hạn: Khởi động phần mềm thu thập dữ liệu và thu thập tín hiệu đầu ra của trục X, Y và Z của kính quay. Thời gian lấy mẫu nên ≥ 60 phút và tốc độ lấy mẫu ≥ 100Hz.Trong quá trình mua lại, liên tục theo dõi nhiệt độ môi trường vàtỷ lệĐịnh vị bàn để đảm bảo ổn định nhiệt độ (biến động ≤ 0,2 °C) và không có chuyển hướng vị trí (phản lệch ≤ 5 ′′) để tránh đưa ra các lỗi bổ sung do các yếu tố bên ngoài.
3.Tính toán thiên vị bằng không: Dữ liệu đầu ra của máy quay xoắn ốc được thu được được được xử lý trước để loại bỏ các giá trị ngoại lệ (sử dụng tiêu chí 3σ), và sau đó tính giá trị trung bình của tín hiệu đầu ra của mỗi trục.Giá trị trung bình này là sự thiên vị không tĩnh b của gyroscope (i = XĐồng thời, độ lệch chuẩn của dữ liệu được tính toán để đánh giá mức độ tiếng ồn của kính quay.Nếu độ lệch chuẩn quá lớn (trên các thông số kỹ thuật IMU), sự cố thiết bị hoặc can thiệp môi trường cần phải được điều tra.
4.Lập kế hoạch điểm giá: Dựa trên phạm vi của IMU và kịch bản ứng dụng thực tế, lập kế hoạch các điểm tốc độ động trong cả hai kích thước pitch và roll.bao gồm lãi suất tương lai và ngược (e.g., -100°/s, -50°/s, 0°/s, 50°/s, 100°/s), nơi điểm tốc độ 0°/s được sử dụng để xác minh tính nhất quán của sự thiên vị không tĩnh.Việc lựa chọn các điểm tỷ lệ phải đảm bảo rằng chúng không vượt quá phạm vi của IMU vàtỷ lệBảng có thể ổn định đầu ra tốc độ (tình trạng ổn định tốc độ ≤ 0,1°/s).
5.Tỷ lệ sản xuất và ổn định: Các lệnh cho mỗi điểm tốc độ được gửi theo thứ tự trong chiều cao và cuộn thông qua hai trụctỷ lệPhần mềm điều khiển bàn.tỷ lệbảng điều khiển IMU để xoay đến tốc độ mục tiêu, nó duy trì sự ổn định động với thời gian ổn định ≥ 20s. Trong quá trình ổn định, tín hiệu phản hồi tốc độ góc củatỷ lệNếu độ lệch tốc độ vượt quá phạm vi cho phép (≤ 0,5°/s),tỷ lệbảng tự động thực hiện bù đắp tỷ lệ.
6.Thu thập và ghi lại dữ liệu: Sau khi mỗi điểm tốc độ ổn định, khởi động phần mềm thu thập dữ liệu để thu được tín hiệu đầu ra của trục nhạy tương ứng của gyroscope (ví dụ:có được đầu ra gyroscope trục X khi xoay trong chiều cao pitch, và có được đầu ra gyroscope trục Y khi quay trong chiều kích cuộn). Thời gian lấy mẫu là ≥10s, và tỷ lệ lấy mẫu là ≥100Hz.tỷ lệbảng (nhập tham chiếu ω), và lưu trữ dữ liệu theo điểm tốc độ và kích thước.
7.Thiết lập mô hình lỗi và giải quyết tham số: Một mô hình lỗi tốc độ cho kính quay được thiết lập, bỏ qua các lỗi nối chéo. Mô hình như sau:
ω = K(ω + b) (i=X,Y)
Trong đó ω là tốc độ góc đầu ra của trục i-th của máy quay, K là nhân số quy mô của trục i-th, ω là tốc độ góc tham chiếu của trục i-th (tốc độ đầu ra thực tế củatỷ lệbảng), và b là sự thiên vị không tĩnh của trục i (đã được giải quyết trong hiệu chuẩn tĩnh). Thay thế ω và ω tương ứng tại mỗi điểm tốc độ vào mô hình,và giải quyết cho K bằng cách sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất.
Ⅲ.Xử lý và xác nhận dữ liệu
Xử lý và xác minh dữ liệu là những bước quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của kết quả hiệu chuẩn.,phải thực hiện xác minh khả năng lặp lại và xác minh độ chính xác. Nếu xác minh không thành công, quá trình phải quay lại quy trình hiệu chuẩn lõi để hiệu chuẩn lại.
1.Loại bỏ điểm ngoại lệ: Tiêu chí 3σ hoặc tiêu chí Grubbs được sử dụng để phát hiện và loại bỏ các điểm ngoại lệ từ dữ liệu ban đầu (tiềm báo tăng tốc, tốc độ góc).Trung bình μ và độ lệch chuẩn σ của dữ liệu được tính toánDữ liệu vượt quá phạm vi [μ-3σ, μ+3σ] được xác định là ngoại lệ và được thay thế bằng cách chèn dữ liệu liền kề hoặc được loại bỏ trực tiếp.
2.lọc: Dữ liệu thô đã được xử lý trước được lọc thấp để loại bỏ tiếng ồn tần số cao.và tần số cắt được xác định dựa trên băng thông IMU (thường là 1/5 đến 1/3 của băng thông IMU) để tránh lọc quá mức và biến dạng tín hiệuDữ liệu được lọc được sử dụng để tính toán tham số lỗi tiếp theo.
3.Định hướng đồng bộ hóa dữ liệu: Để khắc phục sự khác biệt dấu thời gian giữa tín hiệu đầu ra IMU vàtỷ lệĐiều này đảm bảo rằng mỗi bộ dữ liệu đầu ra IMU tương ứng với mộttỷ lệtrạng thái vị trí bảng hoặc tốc độ, với lỗi đồng bộ ≤1ms.
4.Parametersphát triểnotối ưu hóa:Thay thế dữ liệu được xử lý trước vào các mô hình lỗi của máy đo tốc độ và kính quay và sử dụng phương pháp vuông nhỏ nhất để giải quyết các thông số lỗi như thiên vị bằng không và yếu tố mở rộng quy mô.Đối với các kịch bản phức tạp, phương pháp lọc Kalman có thể được sử dụng để tối ưu hóa kết quả giải pháp tham số, cải thiện độ chính xác và ổn định của ước tính tham số.
5.Phân tích dư lượng: Tính toán số dư giữa các giá trị quan sát (sản lượng IMU) và các dự đoán mô hình tại mỗi điểm tư thế / tốc độ được hiệu chỉnh.Nếu trung bình của số dư gần 0 và độ lệch chuẩn nhỏ (sự lệch chuẩn dư lượng gia tốc ≤ 0.002g, độ lệch chuẩn còn lại của tỷ lệ góc ≤ 0,1°/s), nó cho thấy rằng mô hình phù hợp tốt.xem xét lỗi nối chéo) hoặc tính hợp lệ của dữ liệu hiệu chuẩn cần được xem xét lại.
6.Kiểm tra khả năng lặp lại: Trong cùng một điều kiện môi trường và thủ tục hiệu chuẩn, thực hiện ba thí nghiệm hiệu chuẩn hoàn chỉnh và xác định các thông số lỗi cho mỗi phép hiệu chuẩn.Tính toán hệ số biến đổi (tỷ lệ độ lệch chuẩn so với trung bình) của ba thông sốNếu hệ số biến đổi là ≤ 1%, kết quả hiệu chuẩn có khả năng lặp lại tốt; nếu hệ số biến đổi quá lớn,Các vấn đề như sự ổn định của thiết bị và can thiệp môi trường cần được điều tra, và phải được hiệu chuẩn lại.
7.Kiểm tra độ chính xác: Chọn các điểm thái độ/tốc độ không tham gia hiệu chuẩn làm các điểm xác minh. Thay thế các tham số lỗi được hiệu chuẩn vào mô hình lỗi để bù đắp đầu ra IMU,và tính toán lỗi giữa đầu ra IMU bù đắp và đầu vào tham chiếuNếu lỗi bù đáp ứng các thông số kỹ thuật IMU (ví dụ: lỗi đo gia tốc ≤ 0,01g, sai số đo tỷ lệ góc ≤ 0,5°/s), độ chính xác hiệu chuẩn là thỏa đáng.Nếu lỗi không đáp ứng các yêu cầu, quá trình hiệu chuẩn cần phải được tối ưu hóa một lần nữa (ví dụ: thêm nhiều điểm thái độ / tốc độ để hiệu chuẩn, điều chỉnh mô hình lỗi), và hiệu chuẩn nên được thực hiện một lần nữa.
8.Kiểm tra độ ổn định nhiệt độ (không cần thiết): Nếu IMU cần hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ rộng, các thí nghiệm hiệu chuẩn có thể được lặp lại ở các điểm nhiệt độ khác nhau (ví dụ: -10 °C, 0 °C, 20 °C, 40 °C,60°C) để xác minh sự thay đổi các tham số lỗi với nhiệt độMột mô hình bù đắp nhiệt độ cho các thông số lỗi có thể được thiết lập để cải thiện độ chính xác đo lường của IMU trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
9.Lưu trữ dữ liệu phân loại: Dữ liệu thô được xử lý trước, kết quả giải pháp tham số lỗi, báo cáo phân tích dư lượng, kết quả xác minh, v.v., được phân loại và lưu trữ theo ngày hiệu chuẩn, số IMU,và điều kiện môi trường hiệu chuẩnCác định dạng lưu trữ dữ liệu áp dụng các định dạng phổ biến (như CSV, MAT, PDF) để đảm bảo khả năng đọc và truy xuất dữ liệu.
10.Sao lưu dữ liệu: Thực hiện nhiều bản sao lưu của dữ liệu lưu trữ (như ổ cứng cục bộ và lưu trữ đám mây) để ngăn chặn mất dữ liệu.xác định rõ mục tiêu tương ứng, quy trình và điều kiện.
Ⅳ.Công việc hoàn thiện
Các bước cuối cùng chủ yếu bao gồm lưu trữ dữ liệu hiệu chuẩn, phục hồi và bảo trì thiết bị,và chuẩn bị báo cáo hiệu chuẩn để đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc của quy trình hiệu chuẩn và cung cấp cơ sở cho việc sử dụng và bảo trì IMU sau đóBáo cáo hiệu chuẩn là một bản tóm tắt của công việc hiệu chuẩn và phải ghi lại toàn diện và chính xác quy trình hiệu chuẩn và kết quả, chủ yếu bao gồm những điều sau:
1.Tắt và tháo dỡ thiết bị: Sau khi hiệu chuẩn, tắt nguồn cho hai trụctỷ lệMáy tính bàn, IMU và thiết bị thu thập dữ liệu.Tránh va chạm và rung động khi tháo rời để bảo vệ các thành phần nhạy cảm của IMU.
2.Thiết bịcnghiêng vàmsự quan tâm: Làm sạch hai trục rănbàn, hệ thống trục và các thiết bị cố định để loại bỏ bụi và mảnh vụn; thực hiện kiểm tra trực quan của IMU để đảm bảo nó không bị hư hại và các cổng dây điện sạch sẽ.Ghi lại tình trạng sử dụng và chi tiết bảo trì của thiết bị để cung cấp cơ sở cho hiệu chuẩn thiết bị định kỳ.
3.Khôi phục tham số thiết bị: Khôi phục các tham số của hai trụctỷ lệthiết bị thu thập bảng và dữ liệu vào trạng thái mặc định của chúng, đóng phần mềm điều khiển và phần mềm thu thập và đảm bảo rằng thiết bị ở trạng thái chờ an toàn.
4.Báo cáo hiệu chuẩnbao gồm::
(1)Thông tin đối tượng hiệu chuẩn: mô hình IMU, số hàng loạt, nhà sản xuất và thông số kỹ thuật;
(2)Thông tin thiết bị hiệu chuẩn: hai trục rănMô hình bảng và lớp độ chính xác, mô hình thiết bị thu thập dữ liệu và các thông số lấy mẫu và danh sách thiết bị phụ trợ;
(3)Chuẩn đoán điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, rung động;
(4)Mô tả quy trình hiệu chuẩn: Kế hoạch điểm chuẩn/tốc độ hiệu chuẩn, các thông số thu thập dữ liệu, mô hình lỗi và thuật toán giải pháp;
(5)Kết quả hiệu chuẩn: Accelerometer zero bias and scale factor, gyroscope zero bias and scale factor, kết quả phân tích dư thừa, kết quả xác minh khả năng lặp lại và kết quả xác minh độ chính xác;
(6)Kết luận và khuyến nghị: Liệu kết quả hiệu chuẩn có đáp ứng các tiêu chuẩn hay không, khuyến nghị sử dụng IMU (chẳng hạn như bù nhiệt độ, chu kỳ hiệu chuẩn lại định kỳ),và khuyến nghị bảo trì thiết bị.
Ⅴ.Các biện pháp phòng ngừa
Tóm lại, quy trình tiêu chuẩn cho hiệu chuẩn hai chiều IMU bằng cách sử dụng r hai trụcănBảng phải tuân thủ chặt chẽ trình tự logic của "sự chuẩn bị trước hiệu chuẩn - hiệu chuẩn lõi - xử lý dữ liệu và xác minh - hoàn thiệnlàm việc, " tập trung vào các khía cạnh quan trọng như độ chính xác thiết bị, kiểm soát môi trường, sắp xếp trục và đồng bộ hóa dữ liệu.Các thông số lỗi của IMU có thể được xác định chính xác, cải thiện đáng kể độ chính xác đo lường của nó và đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của hệ thống định vị quán tính.
1.Nếutỷ lệkhi chuyển hướng vị trí trên bàn hoặc tín hiệu đầu ra IMU bất thường xảy ra trong quá trình hiệu chuẩn, hiệu chuẩn phải được dừng ngay lập tức, lỗi phải được điều tra,và hiệu chuẩn phải được khởi động lại để tránh tạo ra dữ liệu hiệu chuẩn không hợp lệ.
2.Cáclàm nóng trướcKhông đủ thời gian của IMU phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật.làm nóng trướcsẽ dẫn đến các thông số lỗi không ổn định và ảnh hưởng đến độ chính xác hiệu chuẩn.
3.Độ chính xác của hệ thống trục của một r hai trụcănbảng ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả hiệu chuẩn.ănBảng cần được hiệu chuẩn thường xuyên để đảm bảo độ chính xác của hệ thống trục đáp ứng các yêu cầu.
4.Nhiệt độ, rung động, nhiễu điện từ và các yếu tố khác của môi trường hiệu chuẩn có tác động đáng kể đến đầu ra IMU.Các điều kiện môi trường phải được kiểm soát chặt chẽ và các biện pháp cách ly và bảo
Là thành phần cốt lõi của một inertialhệ thống điều hướng, độ chính xác đo lường của IMU trực tiếp quyết định hiệu suất tổng thể của hệ thống định vị. Two-dimensional calibration of the IMU primarily involves calibrating the error parameters of the accelerometers and gyroscopes in the horizontal plane (typically a combination of pitch-roll or azimuth-pitch). ATỷ lệ hai trụcbàn, với khả năng định vị góc chính xác cao và khả năng kiểm soát thái độ là thiết bị cốt lõi để đạt được hiệu chuẩn này.dựa trên các tiêu chuẩn ngành và thực tiễn kỹ thuật, chi tiết toàn bộ quá trình hiệu chuẩn IMU hai chiều bằng cách sử dụng một hai trụctỷ lệbảng, bao gồm bốn giai đoạn chính: chuẩn bị trước hiệu chuẩn, quy trình hiệu chuẩn cốt lõi, xử lý và xác minh dữ liệu và các bước cuối cùng, đảm bảo tiêu chuẩn hóavàkhả năng lặp lạicủa quá trình hiệu chuẩnvà độ tin cậy củahiệu chuẩnkết quả.
I. Chuẩn bị trước khi hiệu chuẩn
Chuẩn bị trước khi hiệu chuẩn là điều cơ bản để đảm bảo độ chính xác hiệu chuẩn. Nó cần được thực hiện trong bốn khía cạnh: lựa chọn và kiểm tra thiết bị, kiểm soát tình trạng môi trường, kiểm tra và kiểm tra các thiết bị.Cài đặt và gỡ lỗi IMU, và cài đặt hệ thống phần mềm, để đảm bảo rằng mỗi bước đáp ứng các yêu cầu hiệu chuẩn.
(Ⅰ) Chọn và kiểm tra thiết bị
1.Hai trụctỷ lệchọn bảng: Dựa trên mức độ chính xác của IMU và yêu cầu hiệu chuẩn, chọn một trục képtỷ lệBảng đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác vị trí góc, ổn định tốc độ góc và góc trục.tỷ lệđộ chính xác vị trí góc của bàn nên tốt hơn 10′′, và độ thẳng đứng của trục tốt hơn 5′′; đối với IMU cấp tiêu dùng,tỷ lệđộ chính xác của bảng có thể được giảm thích hợp (sự chính xác vị trí góc ≤ 30 ′′).tỷ lệbảng phải hỗ trợ chế độ định vị tĩnh và chế độ đầu ra tốc độ động và đáp ứng các yêu cầu hiệu chuẩn cho Accelerometer Zero Bias và Scale Factor,cũng như gyroscope không thiên vị và yếu tố quy mô.
2.Kiểm tra thiết bị phụ trợ: Chuẩn bị một nguồn điện chính xác cao (khả năng ổn định điện áp đầu ra ≤ 0,1%) để cung cấp năng lượng cho IMU, đảm bảo rằng biến động điện áp không gây ra lỗi đo;sử dụng thẻ thu thập dữ liệu (tỷ lệ lấy mẫu ≥ 100Hz, độ phân giải ≥16 bit) để thu thập các tín hiệu gia tốc và tốc độ góc phát ra bởi IMU, cũng như các tín hiệu phản hồi vị trí góc / tốc độ góc củatỷ lệbảng; kiểm tra hệ thống điều khiển servo vớitỷ lệNgoài ra, các công cụ như mộtCông cụ cân bằngvà chìa khóa mô-men xoắn được yêu cầu để cân bằng và cố định IMU sau khi lắp đặt.
3.Kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị: Chuẩn đoán trước của hai trụctỷ lệbảng được thực hiện để xác minh vị trí góc của nó,tỷ lệ gócđộ chính xác và góc trục,trong số các thông số kỹ thuật khácCác giá trị thực tế và các giá trị chỉ định cho mỗi trục củatỷ lệbảng ở các vị trí góc khác nhau được đo để đảm bảo các độ lệch nằm trong giới hạn chấp nhận được.tỷ lệmặt phẳng tham chiếu ngang của bảng được kiểm tra để đảm bảo độ phẳng của nó tốt hơn5Đồng thời, IMU được bật và làm nóng trước, trạng thái đầu tiên của nó được ghi lại và các trục trặc thiết bị ban đầu được loại bỏ.
(Ⅱ) Kiểm soát tình trạng môi trường
1.Điều khiển nhiệt độ: Các thông số lỗi của IMU bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ. Nhiệt độ môi trường hiệu chuẩn nên được kiểm soát ở (20±2) °C và tốc độ thay đổi nhiệt độ nên ≤ 0,5 °C/h. This can be achieved through a constant temperature laboratory or a temperature control system to ensure temperature stability during calibration and reduce the impact of temperature drift on the calibration results.
2.Kiểm soát rung động và nhiễu: Môi trường hiệu chuẩn phải cách xa các nguồn rung động (như máy công cụ, quạt,xe hạng nặng, vv), và các biện pháp cách ly rung động nên được thực hiện trên mặt đấtXây dựng một nền tảng cách ly rung động hoặcĐồng thời, tránh nhiễu điện từ mạnh, và nối đấttỷ lệbàn, IMU và thiết bị thu thập dữ liệu (kháng kết nối đất ≤ 4Ω) để giảm nhiễu tiếng ồn từ điện đến tín hiệu đầu ra IMU.
3.Kiểm soát áp suất không khí và độ ẩm: Đối với các IMU dựa trên áp suất không khí để hiệu chuẩn (chẳng hạn như một số IMU kết hợp với barometer), áp suất không khí xung quanh nên được ổn định ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn (101,325kPa±1kPa),và độ ẩm tương đối nên được kiểm soát ở mức 40% ~ 60% để tránh sự thay đổi độ ẩm khiến các mạch bên trong của IMU ẩm ướt hoặc hiệu suất cách nhiệt xấu đi.
(Ⅲ) Cài đặt và gỡ lỗi IMU
1.Thiết bị cơ khí: Đặt IMU vàobàn làm việc của bảng tốc độ hai trục bằng cách sử dụng một kẹp chuyên dụng, đảm bảo rằng trục cảm biến của IMU phù hợp với rănThông thường, trục X của IMU nên song song với trục quay của răntrục bên trong (hoặc bên ngoài) của bảng, và trục Z nên vuông với rănmặt phẳng bàn làm việc của bàn (tức là theo hướng trọng lực). Sử dụng chìa khóa mô-men xoắn để thắt kẹp đến mô-men xoắn được chỉ định,tránh sự lỏng lẻo quá mức có thể gây ra sự dịch chuyển của IMU trong quá trình hiệu chuẩn, hoặc độ chặt quá mức có thể gây ra biến dạng cấu trúc IMU.
2.Định chuẩn định tuyến trục: Độ chính xác liên kết giữa IMU vàtỷ lệBảng được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng một mức độ và thiết bị định vị laser.tỷ lệSau đó, bằng cách xoay tròn các thiết bị, các thiết bị có thể được chuyển sang vị trí ngang, đảm bảo rằng trục Z của IMU song song với hướng trọng lực.tỷ lệbảng, xác minh sự song song giữa trục cảm biến của IMU vàtỷ lệtrục xoay của bàn. Sai số song song nên ≤ 5′′. Nếu độ chính xác sắp xếp không đáp ứng các yêu cầu,điều chỉnh vị trí thiết bị và lặp lại hiệu chuẩn cho đến khi nó đáp ứng tiêu chuẩn.
3.Kết nối điện và gỡ lỗi: Kết nối IMU với nguồn cung cấp điện và thẻ thu thập dữ liệu, đảm bảo dây điện an toàn và liên lạc tốt để tránh mất tín hiệu hoặc biến dạng do kết nối lỏng lẻo.thời gian làm nóng trước phụ thuộc vào loại IMU (IMU cấp điều hướng thường đòi hỏi 30-60 phút, IMU cấp tiêu dùng cần 10-20 phút) để cho phép nhiệt độ bên trong của IMU ổn định. Trong quá trình sưởi ấm trước, theo dõi sự ổn định của tín hiệu đầu ra của IMU. Nếu biến động tín hiệu,tiếng ồn quá mức, hoặc các bất thường khác xảy ra, khắc phục sự cố của dây dẫn hoặc thiết bị.
(Ⅳ) Thiết lập hệ thống phần mềm
1.Cấu hình phần mềm điều khiển: Lắp đặt hai trụctỷ lệphần mềm điều khiển bàn và cấu hình cácănCác thông số trục của bảng (chẳng hạn như đường kính trục, tỷ lệ truyền tải), chế độ điều khiển ( tĩnh/dinamic), vị trí góc / tốc độ góccài đặt, vv Đồng thời, thiết lập các điều kiện kích hoạt thu thập dữ liệu để đảm bảo rằng thu thập dữ liệu chỉ bắt đầu sau khiănĐịnh hướng của bàn đã ổn định, tránh nhiễu tín hiệu trong quá trình chuyển đổi.
2.Trình chỉnh lỗi phần mềm thu thập dữ liệu: Trình chỉnh lỗi phần mềm thu thập dữ liệu, thiết lập các tham số như tỷ lệ lấy mẫu, thời gian lấy mẫu và định dạng lưu trữ dữ liệu (ví dụ: tệp CSV, MAT).Thiết lập một cơ chế thu thập đồng bộ cho tín hiệu đầu ra IMU vàtỷ lệtín hiệu phản hồi bảng, đảm bảo rằng dấu thời gian của chúng được sắp xếp với một lỗi ≤1ms. Kiểm tra tính toàn vẹn và độ chính xác của việc thu thập dữ liệu thông qua các thử nghiệm thu thập mô phỏng,và khắc phục các vấn đề như mất dữ liệu và chậm trễ.
3.Việc triển khai thuật toán hiệu chuẩn: Dựa trên các yêu cầu hiệu chuẩn (chẳng hạn như hiệu chuẩn thiên hướng tăng tốc / nhân tố mở rộng, bias gyroscope / nhân tố mở rộng),triển khai thuật toán hiệu chuẩn tương ứng (như phương pháp vuông nhỏ nhất, phương pháp lọc Kalman). Bắt đầu các thông số thuật toán, chẳng hạn như số lần lặp và ngưỡng hội tụ,để đảm bảo rằng thuật toán có thể giải quyết chính xác các thông số lỗi của IMU.
II. Quá trình hiệu chuẩn cốt lõi
Quá trình hiệu chuẩn cốt lõi xoay quanh hai thành phần cốt lõi của IMU: máy đo tốc độ và kính quay.Dựa trên khả năng định vị tĩnh và điều khiển tốc độ động của trục képtỷ lệbảng, các tham số lỗi trong hai chiều được hiệu chuẩn từng bước.hiệu chuẩn tĩnh của đồng hồ tăng tốc, hiệu chuẩn không thiên vị tĩnh của gyroscope và hiệu chuẩn tốc độ động của gyroscope.
(Ⅰ) Kiểm định tĩnh của máy đo tốc độ
Mục đích của hiệu chuẩn tĩnh của máy đo tốc độ là giải quyết cho tỷ lệ thiên vị và tỷ lệ mở rộng bằng không.Nó sử dụng các dự án của gia tốc hấp dẫn dưới các thái độ khác nhau như là một đầu vào tham chiếu, và thiết lập một mô hình lỗi và giải quyết cho các thông số bằng cách đo tín hiệu gia tốc phát ra bởi IMU.
1.Kế hoạch thái độ cho hiệu chuẩn: Dựa trên các hướng trượt và cuộn hai chiều, sáu thái độ tĩnh điển hình được lên kế hoạch (đảm bảo rằng gia tốc hấp dẫn có thể bao phủ đầy đủ các X, Y,và các trục nhạy Z của máy đo tốc độ)Các thái độ cụ thể là như sau: 1 Pitch 0 °, Roll 0 ° (trục Z dương theo hướng trọng lực); 2 Pitch 0 °, Roll 180 ° (trục Z âm theo hướng trọng lực); 3 Pitch 90 °,Roll 0° (X-axis dương theo hướng trọng lực); 4 Pitch 90°, Roll 180° (X-axis âm theo hướng trọng lực); 5 Pitch 0°, Roll 90° (Y-axis dương theo hướng trọng lực); 6 Pitch 0°,Cuộn 270 ° (trục Y âm dọc theo hướng trọng lực).
2.Điều chỉnh và ổn định thái độ: lệnh vị trí góc cho mỗi thái độ được gửi theo thứ tự thông qua hai trụctỷ lệPhần mềm điều khiển bàn.tỷ lệbảng điều khiển IMU quay đến vị trí mục tiêu, nó vẫn ổn định tĩnh. Thời gian ổn định cho mỗi vị trí là ≥30s,đảm bảo sự ổn định của tín hiệu gia tốc phát ra từ IMU (chân phình biến động tín hiệu ≤0Trong quá trình ổn định, tín hiệu phản hồi vị trí góc củatỷ lệNếu độ lệch vị trí vượt quá phạm vi cho phép (≤ 5 ′′),tỷ lệbảng tự động thực hiện điều chỉnh bù.
3.Thu thập và ghi lại dữ liệu: Sau khi mỗi vị trí ổn định, phần mềm thu thập dữ liệu được kích hoạt để thu thập các tín hiệu gia tốc trục X, Y và Z do IMU phát ra. Thời gian lấy mẫu là ≥10s,và tỷ lệ lấy mẫu là ≥ 100HzĐồng thời, vị trí góc thực tế củatỷ lệBảng (đường nghiêng θ, góc lăn φ) được ghi lại để tính toán các giá trị chiếu của gia tốc hấp dẫn trên mỗi trục nhạy cảm (sản nhập tham chiếu).Dữ liệu thu được được lưu trữ theo thái độ, được dán nhãn rõ ràng với thông tin về thái độ và thời gian.
4.Xây dựng mô hình lỗi và giải pháp tham số: Mô hình lỗi của máy đo tốc độ được thiết lập, bỏ qua các lỗi nối chéo (có thể được đơn giản hóa trong hiệu chuẩn hai chiều).
a = K(a + b) (i=X,Y,Z)
Trong đó a là gia tốc của trục đầu tiên của IMU, K là nhân tố quy mô của trục đầu tiên, a là gia tốc tham chiếu của trục đầu tiên (kế hoạch phóng xạ gia tốc hấp dẫn),và b là thiên vị không của trục i-thDựa trên gia tốc tham chiếu a (được tính từ θ và φ, chẳng hạn như gia tốc tham chiếu trục Z a = g·cosθ·cosφ, gia tốc tham chiếu trục X a = g·sinθ,Tốc độ tham chiếu trục y a=g·sinφ·cosθ, trong đó g là gia tốc hấp dẫn, được lấy là 9,80665m / s2) và a, K và b tương ứng được giải quyết bằng phương pháp vuông nhỏ nhất.
(II)Kiểm tra độ thiên vị không tĩnh của quay
Sự thiên vị không tĩnh của kính gyroscope đề cập đến độ lệch đầu ra của kính gyroscope khi không có đầu vào tốc độ góc.Nó cần phải được giải quyết bằng cách thu thập dữ liệu lâu dài trong khi IMU không hoạt động.
(III)Định chuẩn tốc độ động của gyroscope
Mục đích của hiệu chuẩn tốc độ động của gyroscope là để giải quyết cho yếu tố mở rộng của nó.tỷ lệbảng như một đầu vào tham chiếu, một mô hình lỗi được thiết lập và yếu tố mở rộng được giải quyết bằng cách đo tín hiệu đầu ra của gyroscope.
1.Chọn vị trí hiệu chuẩn: Chọn một vị trí ngang với độ nghiêng 0 ° và xoay 0 °. Ở vị trí này, IMU không có đầu vào tốc độ góc, và đầu ra gyroscope chỉ chứa không thiên vị và tiếng ồn.tỷ lệBàn không cần phải quay trong tư thế này; chỉ cần giữ cho sân khấu ngang và ổn định.
2.Thu thập dữ liệu dài hạn: Khởi động phần mềm thu thập dữ liệu và thu thập tín hiệu đầu ra của trục X, Y và Z của kính quay. Thời gian lấy mẫu nên ≥ 60 phút và tốc độ lấy mẫu ≥ 100Hz.Trong quá trình mua lại, liên tục theo dõi nhiệt độ môi trường vàtỷ lệĐịnh vị bàn để đảm bảo ổn định nhiệt độ (biến động ≤ 0,2 °C) và không có chuyển hướng vị trí (phản lệch ≤ 5 ′′) để tránh đưa ra các lỗi bổ sung do các yếu tố bên ngoài.
3.Tính toán thiên vị bằng không: Dữ liệu đầu ra của máy quay xoắn ốc được thu được được được xử lý trước để loại bỏ các giá trị ngoại lệ (sử dụng tiêu chí 3σ), và sau đó tính giá trị trung bình của tín hiệu đầu ra của mỗi trục.Giá trị trung bình này là sự thiên vị không tĩnh b của gyroscope (i = XĐồng thời, độ lệch chuẩn của dữ liệu được tính toán để đánh giá mức độ tiếng ồn của kính quay.Nếu độ lệch chuẩn quá lớn (trên các thông số kỹ thuật IMU), sự cố thiết bị hoặc can thiệp môi trường cần phải được điều tra.
4.Lập kế hoạch điểm giá: Dựa trên phạm vi của IMU và kịch bản ứng dụng thực tế, lập kế hoạch các điểm tốc độ động trong cả hai kích thước pitch và roll.bao gồm lãi suất tương lai và ngược (e.g., -100°/s, -50°/s, 0°/s, 50°/s, 100°/s), nơi điểm tốc độ 0°/s được sử dụng để xác minh tính nhất quán của sự thiên vị không tĩnh.Việc lựa chọn các điểm tỷ lệ phải đảm bảo rằng chúng không vượt quá phạm vi của IMU vàtỷ lệBảng có thể ổn định đầu ra tốc độ (tình trạng ổn định tốc độ ≤ 0,1°/s).
5.Tỷ lệ sản xuất và ổn định: Các lệnh cho mỗi điểm tốc độ được gửi theo thứ tự trong chiều cao và cuộn thông qua hai trụctỷ lệPhần mềm điều khiển bàn.tỷ lệbảng điều khiển IMU để xoay đến tốc độ mục tiêu, nó duy trì sự ổn định động với thời gian ổn định ≥ 20s. Trong quá trình ổn định, tín hiệu phản hồi tốc độ góc củatỷ lệNếu độ lệch tốc độ vượt quá phạm vi cho phép (≤ 0,5°/s),tỷ lệbảng tự động thực hiện bù đắp tỷ lệ.
6.Thu thập và ghi lại dữ liệu: Sau khi mỗi điểm tốc độ ổn định, khởi động phần mềm thu thập dữ liệu để thu được tín hiệu đầu ra của trục nhạy tương ứng của gyroscope (ví dụ:có được đầu ra gyroscope trục X khi xoay trong chiều cao pitch, và có được đầu ra gyroscope trục Y khi quay trong chiều kích cuộn). Thời gian lấy mẫu là ≥10s, và tỷ lệ lấy mẫu là ≥100Hz.tỷ lệbảng (nhập tham chiếu ω), và lưu trữ dữ liệu theo điểm tốc độ và kích thước.
7.Thiết lập mô hình lỗi và giải quyết tham số: Một mô hình lỗi tốc độ cho kính quay được thiết lập, bỏ qua các lỗi nối chéo. Mô hình như sau:
ω = K(ω + b) (i=X,Y)
Trong đó ω là tốc độ góc đầu ra của trục i-th của máy quay, K là nhân số quy mô của trục i-th, ω là tốc độ góc tham chiếu của trục i-th (tốc độ đầu ra thực tế củatỷ lệbảng), và b là sự thiên vị không tĩnh của trục i (đã được giải quyết trong hiệu chuẩn tĩnh). Thay thế ω và ω tương ứng tại mỗi điểm tốc độ vào mô hình,và giải quyết cho K bằng cách sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất.
Ⅲ.Xử lý và xác nhận dữ liệu
Xử lý và xác minh dữ liệu là những bước quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của kết quả hiệu chuẩn.,phải thực hiện xác minh khả năng lặp lại và xác minh độ chính xác. Nếu xác minh không thành công, quá trình phải quay lại quy trình hiệu chuẩn lõi để hiệu chuẩn lại.
1.Loại bỏ điểm ngoại lệ: Tiêu chí 3σ hoặc tiêu chí Grubbs được sử dụng để phát hiện và loại bỏ các điểm ngoại lệ từ dữ liệu ban đầu (tiềm báo tăng tốc, tốc độ góc).Trung bình μ và độ lệch chuẩn σ của dữ liệu được tính toánDữ liệu vượt quá phạm vi [μ-3σ, μ+3σ] được xác định là ngoại lệ và được thay thế bằng cách chèn dữ liệu liền kề hoặc được loại bỏ trực tiếp.
2.lọc: Dữ liệu thô đã được xử lý trước được lọc thấp để loại bỏ tiếng ồn tần số cao.và tần số cắt được xác định dựa trên băng thông IMU (thường là 1/5 đến 1/3 của băng thông IMU) để tránh lọc quá mức và biến dạng tín hiệuDữ liệu được lọc được sử dụng để tính toán tham số lỗi tiếp theo.
3.Định hướng đồng bộ hóa dữ liệu: Để khắc phục sự khác biệt dấu thời gian giữa tín hiệu đầu ra IMU vàtỷ lệĐiều này đảm bảo rằng mỗi bộ dữ liệu đầu ra IMU tương ứng với mộttỷ lệtrạng thái vị trí bảng hoặc tốc độ, với lỗi đồng bộ ≤1ms.
4.Parametersphát triểnotối ưu hóa:Thay thế dữ liệu được xử lý trước vào các mô hình lỗi của máy đo tốc độ và kính quay và sử dụng phương pháp vuông nhỏ nhất để giải quyết các thông số lỗi như thiên vị bằng không và yếu tố mở rộng quy mô.Đối với các kịch bản phức tạp, phương pháp lọc Kalman có thể được sử dụng để tối ưu hóa kết quả giải pháp tham số, cải thiện độ chính xác và ổn định của ước tính tham số.
5.Phân tích dư lượng: Tính toán số dư giữa các giá trị quan sát (sản lượng IMU) và các dự đoán mô hình tại mỗi điểm tư thế / tốc độ được hiệu chỉnh.Nếu trung bình của số dư gần 0 và độ lệch chuẩn nhỏ (sự lệch chuẩn dư lượng gia tốc ≤ 0.002g, độ lệch chuẩn còn lại của tỷ lệ góc ≤ 0,1°/s), nó cho thấy rằng mô hình phù hợp tốt.xem xét lỗi nối chéo) hoặc tính hợp lệ của dữ liệu hiệu chuẩn cần được xem xét lại.
6.Kiểm tra khả năng lặp lại: Trong cùng một điều kiện môi trường và thủ tục hiệu chuẩn, thực hiện ba thí nghiệm hiệu chuẩn hoàn chỉnh và xác định các thông số lỗi cho mỗi phép hiệu chuẩn.Tính toán hệ số biến đổi (tỷ lệ độ lệch chuẩn so với trung bình) của ba thông sốNếu hệ số biến đổi là ≤ 1%, kết quả hiệu chuẩn có khả năng lặp lại tốt; nếu hệ số biến đổi quá lớn,Các vấn đề như sự ổn định của thiết bị và can thiệp môi trường cần được điều tra, và phải được hiệu chuẩn lại.
7.Kiểm tra độ chính xác: Chọn các điểm thái độ/tốc độ không tham gia hiệu chuẩn làm các điểm xác minh. Thay thế các tham số lỗi được hiệu chuẩn vào mô hình lỗi để bù đắp đầu ra IMU,và tính toán lỗi giữa đầu ra IMU bù đắp và đầu vào tham chiếuNếu lỗi bù đáp ứng các thông số kỹ thuật IMU (ví dụ: lỗi đo gia tốc ≤ 0,01g, sai số đo tỷ lệ góc ≤ 0,5°/s), độ chính xác hiệu chuẩn là thỏa đáng.Nếu lỗi không đáp ứng các yêu cầu, quá trình hiệu chuẩn cần phải được tối ưu hóa một lần nữa (ví dụ: thêm nhiều điểm thái độ / tốc độ để hiệu chuẩn, điều chỉnh mô hình lỗi), và hiệu chuẩn nên được thực hiện một lần nữa.
8.Kiểm tra độ ổn định nhiệt độ (không cần thiết): Nếu IMU cần hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ rộng, các thí nghiệm hiệu chuẩn có thể được lặp lại ở các điểm nhiệt độ khác nhau (ví dụ: -10 °C, 0 °C, 20 °C, 40 °C,60°C) để xác minh sự thay đổi các tham số lỗi với nhiệt độMột mô hình bù đắp nhiệt độ cho các thông số lỗi có thể được thiết lập để cải thiện độ chính xác đo lường của IMU trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
9.Lưu trữ dữ liệu phân loại: Dữ liệu thô được xử lý trước, kết quả giải pháp tham số lỗi, báo cáo phân tích dư lượng, kết quả xác minh, v.v., được phân loại và lưu trữ theo ngày hiệu chuẩn, số IMU,và điều kiện môi trường hiệu chuẩnCác định dạng lưu trữ dữ liệu áp dụng các định dạng phổ biến (như CSV, MAT, PDF) để đảm bảo khả năng đọc và truy xuất dữ liệu.
10.Sao lưu dữ liệu: Thực hiện nhiều bản sao lưu của dữ liệu lưu trữ (như ổ cứng cục bộ và lưu trữ đám mây) để ngăn chặn mất dữ liệu.xác định rõ mục tiêu tương ứng, quy trình và điều kiện.
Ⅳ.Công việc hoàn thiện
Các bước cuối cùng chủ yếu bao gồm lưu trữ dữ liệu hiệu chuẩn, phục hồi và bảo trì thiết bị,và chuẩn bị báo cáo hiệu chuẩn để đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc của quy trình hiệu chuẩn và cung cấp cơ sở cho việc sử dụng và bảo trì IMU sau đóBáo cáo hiệu chuẩn là một bản tóm tắt của công việc hiệu chuẩn và phải ghi lại toàn diện và chính xác quy trình hiệu chuẩn và kết quả, chủ yếu bao gồm những điều sau:
1.Tắt và tháo dỡ thiết bị: Sau khi hiệu chuẩn, tắt nguồn cho hai trụctỷ lệMáy tính bàn, IMU và thiết bị thu thập dữ liệu.Tránh va chạm và rung động khi tháo rời để bảo vệ các thành phần nhạy cảm của IMU.
2.Thiết bịcnghiêng vàmsự quan tâm: Làm sạch hai trục rănbàn, hệ thống trục và các thiết bị cố định để loại bỏ bụi và mảnh vụn; thực hiện kiểm tra trực quan của IMU để đảm bảo nó không bị hư hại và các cổng dây điện sạch sẽ.Ghi lại tình trạng sử dụng và chi tiết bảo trì của thiết bị để cung cấp cơ sở cho hiệu chuẩn thiết bị định kỳ.
3.Khôi phục tham số thiết bị: Khôi phục các tham số của hai trụctỷ lệthiết bị thu thập bảng và dữ liệu vào trạng thái mặc định của chúng, đóng phần mềm điều khiển và phần mềm thu thập và đảm bảo rằng thiết bị ở trạng thái chờ an toàn.
4.Báo cáo hiệu chuẩnbao gồm::
(1)Thông tin đối tượng hiệu chuẩn: mô hình IMU, số hàng loạt, nhà sản xuất và thông số kỹ thuật;
(2)Thông tin thiết bị hiệu chuẩn: hai trục rănMô hình bảng và lớp độ chính xác, mô hình thiết bị thu thập dữ liệu và các thông số lấy mẫu và danh sách thiết bị phụ trợ;
(3)Chuẩn đoán điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, rung động;
(4)Mô tả quy trình hiệu chuẩn: Kế hoạch điểm chuẩn/tốc độ hiệu chuẩn, các thông số thu thập dữ liệu, mô hình lỗi và thuật toán giải pháp;
(5)Kết quả hiệu chuẩn: Accelerometer zero bias and scale factor, gyroscope zero bias and scale factor, kết quả phân tích dư thừa, kết quả xác minh khả năng lặp lại và kết quả xác minh độ chính xác;
(6)Kết luận và khuyến nghị: Liệu kết quả hiệu chuẩn có đáp ứng các tiêu chuẩn hay không, khuyến nghị sử dụng IMU (chẳng hạn như bù nhiệt độ, chu kỳ hiệu chuẩn lại định kỳ),và khuyến nghị bảo trì thiết bị.
Ⅴ.Các biện pháp phòng ngừa
Tóm lại, quy trình tiêu chuẩn cho hiệu chuẩn hai chiều IMU bằng cách sử dụng r hai trụcănBảng phải tuân thủ chặt chẽ trình tự logic của "sự chuẩn bị trước hiệu chuẩn - hiệu chuẩn lõi - xử lý dữ liệu và xác minh - hoàn thiệnlàm việc, " tập trung vào các khía cạnh quan trọng như độ chính xác thiết bị, kiểm soát môi trường, sắp xếp trục và đồng bộ hóa dữ liệu.Các thông số lỗi của IMU có thể được xác định chính xác, cải thiện đáng kể độ chính xác đo lường của nó và đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của hệ thống định vị quán tính.
1.Nếutỷ lệkhi chuyển hướng vị trí trên bàn hoặc tín hiệu đầu ra IMU bất thường xảy ra trong quá trình hiệu chuẩn, hiệu chuẩn phải được dừng ngay lập tức, lỗi phải được điều tra,và hiệu chuẩn phải được khởi động lại để tránh tạo ra dữ liệu hiệu chuẩn không hợp lệ.
2.Cáclàm nóng trướcKhông đủ thời gian của IMU phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật.làm nóng trướcsẽ dẫn đến các thông số lỗi không ổn định và ảnh hưởng đến độ chính xác hiệu chuẩn.
3.Độ chính xác của hệ thống trục của một r hai trụcănbảng ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả hiệu chuẩn.ănBảng cần được hiệu chuẩn thường xuyên để đảm bảo độ chính xác của hệ thống trục đáp ứng các yêu cầu.
4.Nhiệt độ, rung động, nhiễu điện từ và các yếu tố khác của môi trường hiệu chuẩn có tác động đáng kể đến đầu ra IMU.Các điều kiện môi trường phải được kiểm soát chặt chẽ và các biện pháp cách ly và bảo
