IMU传感器(五)- 校准
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2022年09月04日 23:34

IMU传感器的校准分为以下两种

  • 加速度计校准

  • 陀螺仪校准


1. 加速度计校准

加速度计的误差模型如下:

其中,A为加速度的真值,Ma为交轴耦合误差,Sa为比例因子误差,Ua为加速度计的测量值,Ba为加速度计的零偏误差。其中Ma的每一列的模都为1。

常用的加速度计校准有六面体校准和十二面体校准。六面体校准前需要对校准台进行标定,要求校准台和水平面平行。而十二面体校准对校准台的的水平度要求较低,可以消除校准台和水平面夹角造成的校准误差。这两种方法的原理是一样的,下面只对十二面体校准进行说明。

  1. 将IMU传感器固定在三轴正交的立方体上

  2. 将立方体的一面放置在校准面上,静置,采集一段时间数据

  3. 将立方体原地旋转180°,静置,采集一段时间的数据

  4. 将两次采集到的数据求平均,作为一次测量值

  5. 重复步骤b~d,测量其他五个面的数据

首先解释下十二面体校准如何消除校准台和水平面夹角带来的校准误差。当校准台水平时,当IMU静置于校准台时,加速度的真值应该为:

,g为当地的重力加速度;当校准台和水平面存在夹角θ时,此时IMU静置于校准台上,加速度真值为:

,一般θ比较小,可近似为A≈[-g gθ 0]T。当立方体同一面与校准台接触,前后旋转180°,加速度的真值为[-g -gθ 0]T。两次测量的均值对应的真值应为[-g 0 0]T,即消除了校准台与水平面夹角的影响。

    将6次测试数据代入加速度的误差模型,可得到18个方程,通过最小二乘法可以计算出Ma(交轴耦合误差),Sa(比例因子误差),Ba(加速度计的零偏误差)。

2. 陀螺仪计校准

加速度计的误差模型如下:

其中,G为加速度的真值,Mg为交轴耦合误差,Sg为比例因子误差,Ug为角速度的测量值,Bg为陀螺仪的零偏误差,A是加速度的真值,Hg是角速度对加速度的敏感度,表示加速度对角速度测量的影响。一般Hg都比较小,可忽略,因此陀螺仪的误差模型可简化成:

首先可通过加速度计校准(十二面体校准)时采集的数据,计算出Bg。由于静态测试数据,只能估算出Bg;Sg和Mg还需要动态转台数据才能得出。

转台测试步骤如下:

  1. 将IMU固定在转台上,陀螺仪的X轴和转台的转轴重合;

  2. 转台匀速旋转10圈(10*360°),记录陀螺仪三轴输出数据,对数据进行积分

     Xgyrosum为角度变化真值

c. 重复步骤a-b,对y z 轴进行测试,得到Ygyrosum,Zgyrosum。

根据转台测试的数据,即可求出Mg(交轴耦合误差),Sg(比例因子误差)