КАЛІБРУВАННЯ ІНЕРЦІАЛЬНО-ВИМІРЮВАЛЬНОГО МОДУЛЯ В КРИТИЧНИХ УМОВАХ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.66(2).2023.294920Ключові слова:
гіроскопи, акселерометри, інерціально-вимірювальний модуль, калібруванняАнотація
Калібрування інерціально-вимірювального модуля (ІВМ) є важливою самостійною задачею та є найважливішим етапом підготовки до роботи платформних і безплатформних інерціальних навігаційних систем (БІНС). Традиційне калібрування ІВМ, що містить принаймні три гіроскопи й три акселерометри, проводиться в спеціалізованих випробувальних лабораторіях, вивчено досить детально. Однак, широке використання ІВМ, що використовують МЕМС датчики, які мають характерну нестабільність параметрів, призводить до необхідності проведення докалібрування ІВМ безпосередньо перед роботою БІНС у критичних або польових умовах.
У таких умовах, по-перше, відсутнє необхідне для повноцінного проведення традиційного калібрування випробувальне обладнання, а по-друге, процес докалібрування обмежений за часом.
У статті було проведено дослідження щодо можливості використання методу послідовних поворотів для докалібрування ІВМ у польових умовах. За такого підходу на відміну від методу тестових поворотів немає необхідності здійснювати поворот ІВМ на 180 градусів, а досить повернути ІВМ на незначні кути. Отримано розрахункові співвідношення для визначення масштабних коєфіцієнтів та нульових сигналів блоку акселерометрів для двох положень ІВМ. Проведений експеримент підтвердив справедливість отриманих розрахункових співвідношень. Крім того, описаний метод докалібрування, який дозволяє оцінити, крім масштабних коєфіцієнтів і нульових сигналів, блоку акселерометрів також кути нахилу основи, на якій встановлено ІВМ. Для цього необхідно мати щонайменше п'ять різних положень ІВМ.
Крім того, розглянуто калібрування блоку гіроскопів, коли використовуються гіроскопи тактичного та навігаційного класу точності. Для гіроскопів тактичного класу точності, що виготовляються за МЕМС технологією, в польових умовах визначаються нульові сигнали, які не стабільні від пуску до пуску. Для калібрування блоку гіроскопів навігаційного класу точності отримано алгоритми визначення нульових сигналів та масштабних коєфіцієнтів, для чого використовуються ті самі два положення, в яких відбувалося калібрування блоку акселерометрів. Тобто, під час калібрування ІВМ у критичних умовах можна одночасно проводити калібрування блоку гіроскопів та блоку акселерометрів, що економить загальний час калібрування.
Посилання
V. V. Avrutov, Vyprobuvannya i kontrolʹ pryladiv i system: pidruchnyk. Kyiv, Ukrayina: NTUU «KPI im. Ihorya Sikorsʹkoho», 2022. (in Ukrainian)
M. H. Chernyak, YU. YU. Yurʺyev, O. YU. Derevynsʹka, “Eksperymentalʹne doslidzhennya metrolohichnykh kharakterystyk navihatsiynoho mayatnykovoho kompensatsiynoho akselerometra”, Informatsiyni systemy, mekhanika ta keruvannya, is. 16, pp. 148-154, 2017. (in Ukrainian).
M.H. Chernyak, “Zabezpechennya zadanoyi tochnosti vymiryuvanʹ liniynoho pryskorennya polʹotu rakety”, Kosmichna nauka i tekhnolohiya, vol. 24, no 6, pp. 3-15, 2018. (in Ukrainian)
I. Bogatsky, O. Leonets, “A Procedure for High-Accuracy Calibration of Strapdown IMU on a Low-Accuracy Turntable”, in Proceedings of 2010th International Symposium on Inertial Technology and Navigation, 2010, pp. 294–310.
D. H. Titterton, J. L. Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology. - IEE Radar, Sonar, Navigation and Avionics Series 17, 2004.
V. V. Avrutov, “On scalar calibration of the gyroscope and accelerometer block”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., Вип. 40, с. 10–17, 2010.
V. Avrutov, T. Mazepa, “An impact of rate table error onto precision of the gyroscopes and accelerometers calibration”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 43, pp. 5-10, 2012.
V. Avrutov, “On Scalar Calibration of an Inertial Instrument Cluster”, Innovation and Technologies News, No. 2(11), pp. 22-30, 2011.
V. Avrutov, “Scalar Diagnostics of the Inertial Measurement Unit”, I.J. Intelligent Systems and Applications, vol. 11, pp. 1-9, 2015.
S. Golovach, “Experimental research of characteristics of the laser gyroscope”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 47(1), pp. 33–38, 2014.
M. S. Grewal, V. D. Henderson, R. S. Miysako, “Application of Kalman Filtering to the Calibration and Alignment of Inertial Navigation Systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 36, pp. 3-13, 1991.
C. Hide, T. Moore, M. Smith, “Adaptive Kalman Filtering for Low-Cost INS/GPS”, The Journal of Navigation, vol. 56, pp. 143-152, 2003.
V. Avrutov, N. Bouraou, and others. “Wavelet De-Noising and Kalman Filtering of MEMS Sensors for Autonomous Latitude Determination”, International Journal of Sensors, Wireless Communications and Control, vol. 12(5), pp. 344-351, 2022.
D. V. Buhaiov, V. M. Shelever, V. V. Avrutov, “Artificial Neural Networks Application to MMG Temperature Calibration”, in Proceedings of the IEEE/APUAVD-2019, October 22-24, 2019, Kyiv, Ukraine, pp.44-47.
R. Fontanella, D. Accardo, and others. “MEMS Gyros Temperature Calibration through Artificial Neural Networks”, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 279, pp. 553-565, 2018.
IEEE Recommended Practice for Inertial Sensor Test Equipment, Instrumentation, Data Acquisition, and Analysis. IEEE Std. 1554-2005.
V. Avrutov, “Spatial Calibration for the Inertial Measurement Unit”, International Journal of Sensors, Wireless Communications and Control, vol. 7, no.1, pp. 1-11, 2017.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Вадим Аврутов , Данііл Позняк
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
