روش استاندارد برای کالیبراسیون دو بعدی IMU با استفاده از یک جدول نرخ دو محور
روش استاندارد برای کالیبراسیون دو بعدی IMU با استفاده از یک جدول نرخ دو محور
2026-01-22
به عنوان جزء اصلی یک سیستم ناوبری اینرسیایی، دقت اندازهگیری IMU مستقیماً عملکرد کلی سیستم ناوبری را تعیین میکند. کالیبراسیون دو بعدی IMU در درجه اول شامل کالیبره کردن پارامترهای خطای شتابسنجها و ژیروسکوپها در صفحه افقی (معمولاً ترکیبی از پیچ-رول یا آزیموت-پیچ) است. یکمیز نرخ دو محوره، با قابلیتهای موقعیتیابی زاویهای و کنترل وضعیت با دقت بالا، تجهیزات اصلی برای دستیابی به این کالیبراسیون است. این مقاله، بر اساس استانداردهای صنعت و رویههای مهندسی، کل فرآیند کالیبراسیون دو بعدی IMU را با استفاده از یکمیز نرخدو محوره، با پوشش چهار مرحله اصلی شرح میدهد: آمادهسازی قبل از کالیبراسیون، روشهای اصلی کالیبراسیون، پردازش و تأیید دادهها و مراحل نهایی، که استانداردسازیتکرارپذیریفرآیند کالیبراسیونو قابلیت اطمیناننتایج کالیبراسیون را تضمین میکند.I. آمادهسازی قبل از کالیبراسیونآمادهسازی قبل از کالیبراسیون برای اطمینان از دقت کالیبراسیون اساسی است. باید در چهار جنبه انجام شود: انتخاب و بازرسی تجهیزات، کنترل شرایط محیطی، نصب و اشکالزدایی IMU و راهاندازی سیستم نرمافزاری، تا اطمینان حاصل شود که هر مرحله الزامات کالیبراسیون را برآورده میکند.(
①
) انتخاب و بازرسی تجهیزات
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.دو محوره ارسال میشوند. پس از اینکه: بر اساس سطح دقت IMU و الزامات کالیبراسیون، یک
دو محوره را انتخاب کنید که الزامات دقت موقعیت زاویهای، پایداری نرخ زاویهای و عمود بودن محورها را برآورده کند. برای IMUهای با دقت متوسط تا بالا (مانند IMUهای درجه ناوبری)، دقت موقعیت زاویهایباید بهتر از 10″ باشد و عمود بودن محورها بهتر از 5″ باشد. برای IMUهای درجه مصرفکننده، دقتمیز نرخمیز نرخ2. بررسی تجهیزات کمکی: یک منبع تغذیه با دقت بالا (پایداری ولتاژ خروجی ≤0.1%) برای تغذیه IMU آماده کنید، اطمینان حاصل کنید که نوسانات ولتاژ خطاهای اندازهگیری را ایجاد نمیکنند. از یک کارت جمعآوری داده (نرخ نمونهبرداری ≥100Hz، وضوح ≥16-bit) برای جمعآوری سیگنالهای شتاب و سرعت زاویهای خروجی IMU، و همچنین سیگنالهای بازخورد موقعیت زاویهای/نرخ زاویهایاستفاده کنید. سیستم کنترل سروو را بابررسی کنید تا از چرخش روان محورها بدون از دست رفتن گام یا لرزش اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، ابزارهایی مانند
و آچار گشتاور برای تراز کردن و ثابت کردن IMU پس از نصب مورد نیاز است.3. کالیبراسیون و تأیید تجهیزات: کالیبراسیون اولیهدو محوره برای تأیید موقعیت زاویهای،دقت و عمود بودن محورها، در میان سایر مشخصات فنی انجام میشود. مقادیر واقعی و مقادیر دستوری برای هر محورمیز نرخدر موقعیتهای زاویهای مختلف اندازهگیری میشود تا اطمینان حاصل شود که انحرافات در محدودههای قابل قبول هستند. صفحه مرجع افقی
بررسی میشود تا اطمینان حاصل شود که تراز آن بهتر از5(میز نرخ) کنترل شرایط محیطی1. کنترل دما: پارامترهای خطای IMU به طور قابل توجهی تحت تأثیر دما قرار میگیرند. دمای محیط کالیبراسیون باید در (20±2)℃ کنترل شود و نرخ تغییر دما باید ≤0.5℃/h باشد. این را میتوان از طریق یک آزمایشگاه با دمای ثابت یا یک سیستم کنترل دما برای اطمینان از پایداری دما در طول کالیبراسیون و کاهش تأثیر رانش دما بر نتایج کالیبراسیون به دست آورد.2. کنترل لرزش و تداخل: محیط کالیبراسیون باید دور از منابع لرزش (مانند ماشینآلات، فنها، وسایل نقلیه سنگین و غیره) باشد و اقدامات جداسازی لرزش باید روی زمین انجام شود (مانند ساخت یک فونداسیون جداسازی لرزش یا نصب پدهای جداسازی لرزش) تا اطمینان حاصل شود که شتاب لرزش محیطی ≤0.01g است. در عین حال، از تداخل الکترومغناطیسی قوی خودداری کنید ومیز نرخ3. کنترل فشار هوا و رطوبت: برای IMUهایی که برای کالیبراسیون به فشار هوا متکی هستند (مانند برخی از IMUهای ترکیبی با فشارسنج)، فشار هوای محیط باید در فشار اتمسفر استاندارد (101.325kPa±1kPa) تثبیت شود و رطوبت نسبی باید در 40٪ تا 60٪ کنترل شود تا از تغییرات رطوبت که باعث مرطوب شدن مدارهای داخلی IMU یا بدتر شدن عملکرد عایق میشود، جلوگیری شود.③) نصب و اشکالزدایی IMU1. نصب مکانیکی: IMU را با استفاده از یک گیره مخصوص به
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.محکم کنید، و اطمینان حاصل کنید که محور حسگر IMU با محورهای مختصاتمیز نرخ
2. کالیبراسیون تراز محور: دقت تراز بین IMU ومیز نرخ
میز نرخرا در موقعیت افقی تنظیم کنید و اطمینان حاصل کنید که محور Z IMU موازی با جهت گرانش است. سپس، با چرخاندنمیز نرخ، موازی بودن بین محور حسگر IMU و محور چرخشمیز نرخرا تأیید کنید. خطای موازی بودن باید ≤5″ باشد. اگر دقت تراز الزامات را برآورده نمیکند، موقعیت فیکسچر را تنظیم کنید و کالیبراسیون را تکرار کنید تا زمانی که استاندارد را برآورده کند.3. اتصال و اشکالزدایی الکتریکی: IMU را به منبع تغذیه و کارت جمعآوری داده متصل کنید، و از سیمکشی ایمن و تماس خوب برای جلوگیری از از دست رفتن سیگنال یا اعوجاج ناشی از اتصالات شل اطمینان حاصل کنید. IMU را روشن و از قبل گرم کنید. زمان گرم کردن قبلی به نوع IMU بستگی دارد (IMUهای درجه ناوبری معمولاً به 30-60 دقیقه نیاز دارند، IMUهای درجه مصرفکننده به 10-20 دقیقه نیاز دارند) تا به دمای داخلی IMU اجازه تثبیت داده شود. در طول گرم کردن قبلی، پایداری سیگنال خروجی IMU را نظارت کنید. اگر نوسانات سیگنال، نویز بیش از حد یا سایر ناهنجاریها رخ داد، سیمکشی یا تجهیزات را عیبیابی کنید.④
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.میز نرخرا پیکربندی کنید (مانند قطر شفت، نسبت انتقال)، حالت کنترل (استاتیک/دینامیک)، تنظیمات موقعیت زاویهای/نرخ زاویهای و غیره. همزمان، شرایط راهاندازی جمعآوری دادهها را تنظیم کنید تا اطمینان حاصل شود که جمعآوری دادهها تنها پس از تثبیت وضعیت
آغاز میشود، و از تداخل سیگنال در طول فرآیند انتقال جلوگیری میشود.2. اشکالزدایی نرمافزار جمعآوری دادهها: نرمافزار جمعآوری دادهها را اشکالزدایی کنید، تنظیم پارامترهایی مانند نرخ نمونهبرداری، مدت زمان نمونهبرداری و فرمت ذخیرهسازی دادهها (به عنوان مثال، فایل CSV، MAT). یک مکانیسم جمعآوری همزمان برای سیگنال خروجی IMU و سیگنال بازخوردمیز نرخایجاد کنید، و اطمینان حاصل کنید که مهر زمان آنها با خطای ≤1ms تراز شده است. یکپارچگی و دقت جمعآوری دادهها را از طریق آزمایشهای جمعآوری شبیهسازی شده تأیید کنید و مشکلاتی مانند از دست رفتن دادهها و تأخیر را عیبیابی کنید.II. فرآیند اصلی کالیبراسیونمیز نرخ(
) کالیبراسیون استاتیک شتابسنجهدف از کالیبراسیون استاتیک یک شتابسنج، حل کردن بایاس صفر و ضریب مقیاس آن است. از تصویر گرانش در زوایای مختلف به عنوان ورودی مرجع استفاده میکند و یک مدل خطا ایجاد میکند و با اندازهگیری سیگنال شتاب خروجی توسط IMU، پارامترها را حل میکند.2. تنظیم و تثبیت وضعیت: دستورات موقعیت زاویهای برای هر وضعیت به ترتیب از طریق نرمافزار کنترلدو محوره ارسال میشود. پس از اینکهIMU را به چرخش به وضعیت هدف هدایت کرد، به طور استاتیک پایدار میماند. زمان تثبیت برای هر وضعیت ≥30 ثانیه است، که پایداری سیگنال شتاب خروجی توسط IMU را تضمین میکند (دامنه نوسان سیگنال ≤0.001g). در طول تثبیت، سیگنال بازخورد موقعیت زاویهایدر زمان واقعی نظارت میشود. اگر انحراف وضعیت از محدوده مجاز تجاوز کند (≤5″)،
به طور خودکار تنظیمات جبرانی را انجام میدهد.3. جمعآوری و ثبت دادهها: پس از تثبیت هر وضعیت، نرمافزار جمعآوری دادهها فعال میشود تا سیگنالهای شتاب محورهای X، Y و Z خروجی توسط IMU را جمعآوری کند. مدت زمان نمونهبرداری ≥10 ثانیه است و نرخ نمونهبرداری ≥100Hz است. همزمان، موقعیت زاویهای واقعی
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.(زاویه پیچ θ، زاویه رول φ) ثبت میشود تا مقادیر تصویر گرانش در هر محور حساس (ورودی مرجع) محاسبه شود. دادههای جمعآوری شده بر اساس وضعیت ذخیره میشوند، که به وضوح با اطلاعات وضعیت و مهر زمان برچسبگذاری شدهاند.4. ایجاد مدل خطا و راهحل پارامتر: مدل خطای شتابسنج ایجاد میشود، و خطاهای اتصال متقابل نادیده گرفته میشوند (که میتوانند در کالیبراسیون دو بعدی ساده شوند). مدل خطا به شرح زیر است:
که در آن a شتاب محور i-ام خروجی توسط IMU است، K ضریب مقیاس محور i-ام است، a شتاب مرجع محور i-ام (تصویر شتاب گرانشی) است و b بایاس صفر محور i-ام است. بر اساس شتاب مرجع a (محاسبه شده از θ و φ، مانند شتاب مرجع محور Z a=g·cosθ·cosφ، شتاب مرجع محور X a=g·sinθ، شتاب مرجع محور Y a=g·sinφ·cosθ، که در آن g شتاب گرانشی است، که 9.80665m/s² در نظر گرفته میشود) و a مربوطه، K و b با استفاده از روش کمترین مربعات حل میشوند.(②) کالیبراسیون بایاس صفر استاتیک ژیروسکوپ(③) کالیبراسیون نرخ دینامیکی ژیروسکوپمیز نرخ
1. انتخاب وضعیت کالیبراسیون: یک وضعیت افقی با پیچ 0° و رول 0° را انتخاب کنید. در این وضعیت، IMU هیچ ورودی نرخ زاویهای ندارد و خروجی ژیروسکوپ فقط شامل بایاس صفر و نویز است. در این وضعیت نیازی به چرخشمیز نرخ2. جمعآوری دادههای طولانیمدت: نرمافزار جمعآوری دادهها را راهاندازی کنید و سیگنالهای خروجی محورهای X، Y و Z ژیروسکوپ را جمعآوری کنید. زمان نمونهبرداری باید ≥60 دقیقه و نرخ نمونهبرداری ≥100Hz باشد. در طول فرآیند جمعآوری، به طور مداوم دمای محیط و وضعیت
را نظارت کنید تا از پایداری دما (نوسان ≤0.2℃) و عدم رانش وضعیت (انحراف ≤5″) اطمینان حاصل کنید تا از ایجاد خطاهای اضافی از عوامل خارجی جلوگیری شود.3. محاسبه بایاس صفر: دادههای خروجی ژیروسکوپ جمعآوری شده برای حذف نقاط پرت (با استفاده از معیار 3σ) پیشپردازش میشوند و سپس میانگین سیگنال خروجی هر محور محاسبه میشود. این مقدار میانگین، بایاس صفر استاتیک b ژیروسکوپ (i=X,Y,Z) است. در عین حال، انحراف استاندارد دادهها برای ارزیابی سطح نویز ژیروسکوپ محاسبه میشود. اگر انحراف استاندارد خیلی زیاد باشد (بیش از مشخصات فنی IMU)، باید خرابی تجهیزات یا تداخل محیطی بررسی شود.
4. برنامهریزی نقطه نرخ: بر اساس محدوده IMU و سناریوی کاربردی واقعی، نقاط نرخ دینامیکی را در هر دو بعد پیچ و رول برنامهریزی کنید. 5-7 نقطه نرخ برای هر بعد انتخاب کنید، که نرخهای رو به جلو و معکوس را پوشش میدهد (به عنوان مثال، -100°/s، -50°/s، 0°/s، 50°/s، 100°/s)، که در آن نقطه نرخ 0°/s برای تأیید سازگاری بایاس صفر استاتیک استفاده میشود. انتخاب نقاط نرخ باید اطمینان حاصل کند که از محدوده IMU تجاوز نمیکنند و
میز نرخ5. خروجی نرخ و تثبیت: دستورات برای هر نقطه نرخ به ترتیب در ابعاد پیچ و رول از طریق نرمافزار کنترل
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.دو محوره ارسال میشوند. پس از اینکهمیز نرخ
IMU را به چرخش به نرخ هدف هدایت کرد، پایداری دینامیکی را با زمان تثبیت ≥20 ثانیه حفظ میکند. در طول تثبیت، سیگنال بازخورد نرخ زاویهای
در زمان واقعی نظارت میشود. اگر انحراف نرخ از محدوده مجاز تجاوز کند (≤0.5°/s)،میز نرخ
6. جمعآوری و ثبت دادهها: پس از تثبیت هر نقطه نرخ، نرمافزار جمعآوری دادهها را راهاندازی کنید تا سیگنال خروجی محور حساس مربوطه ژیروسکوپ را جمعآوری کنید (به عنوان مثال، خروجی ژیروسکوپ محور X را هنگام چرخش در بعد پیچ جمعآوری کنید و خروجی ژیروسکوپ محور Y را هنگام چرخش در بعد رول جمعآوری کنید). زمان نمونهبرداری ≥10 ثانیه است و نرخ نمونهبرداری ≥100Hz است. در عین حال، سرعت زاویهای واقعیمیز نرخ1. اگر در طول کالیبراسیون، رانش وضعیتکه در آن ω نرخ زاویهای خروجی محور i-ام ژیروسکوپ است، K ضریب مقیاس محور i-ام است، ω نرخ زاویهای مرجع محور i-ام (نرخ خروجی واقعی) است و b بایاس صفر استاتیک محور i-ام (که قبلاً در کالیبراسیون استاتیک حل شده است) است. ω و ω مربوطه را در هر نقطه نرخ در مدل جایگزین کنید و K را با استفاده از روش کمترین مربعات حل کنید.پردازش و تأیید دادهها مراحل کلیدی برای اطمینان از قابلیت اطمینان نتایج کالیبراسیون هستند. دادههای خام جمعآوری شده باید پیشپردازش شوند و پس از حل پارامترهای خطا، تجزیه و تحلیل باقیمانده، تأیید تکرارپذیری و تأیید دقت باید انجام شود. اگر تأیید با شکست مواجه شود، فرآیند باید به روش اصلی کالیبراسیون برای کالیبراسیون مجدد بازگردانده شود.
باید به طور منظم کالیبره شود.3. همترازی همگامسازی دادهها: برای رفع اختلاف مهر زمان بین سیگنال خروجی IMU و سیگنال بازخوردمیز نرخ، از درونیابی خطی برای همترازی همگامسازی استفاده میشود. این اطمینان میدهد که هر مجموعه از دادههای خروجی IMU با یک وضعیت یا حالت نرخ
دقیق، با خطای همگامسازی ≤1ms مطابقت دارد.4. بهینهسازی
پارامتر
s
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.: دادههای پیشپردازش شده را در مدلهای خطای شتابسنج و ژیروسکوپ جایگزین کنید و از روش کمترین مربعات برای حل پارامترهای خطا مانند بایاس صفر و ضریب مقیاس استفاده کنید. برای سناریوهای پیچیده، میتوان از روش فیلتر کالمن برای بهینهسازی نتایج راهحل پارامتر استفاده کرد، که دقت و پایداری تخمین پارامتر را بهبود میبخشد.5. تجزیه و تحلیل باقیمانده: باقیماندهها را بین مقادیر مشاهده شده (خروجی IMU) و پیشبینیهای مدل در هر وضعیت/نقطه نرخ کالیبره شده محاسبه کنید. باقیماندهها دقت برازش مدل خطا را منعکس میکنند. اگر میانگین باقیماندهها نزدیک به 0 باشد و انحراف استاندارد کوچک باشد (انحراف استاندارد باقیمانده شتاب ≤ 0.002g، انحراف استاندارد باقیمانده سرعت زاویهای ≤ 0.1°/s)، نشان میدهد که مدل به خوبی برازش شده است. اگر باقیماندهها خیلی بزرگ باشند یا یک روند واضح را نشان دهند، مدل خطا (به عنوان مثال، در نظر گرفتن خطای اتصال متقابل) یا اعتبار دادههای کالیبراسیون باید دوباره بررسی شود.
6. تأیید تکرارپذیری: تحت شرایط محیطی و روشهای کالیبراسیون یکسان، سه آزمایش کالیبراسیون کامل انجام دهید و پارامترهای خطا را برای هر کالیبراسیون تعیین کنید. ضریب تغییرات (نسبت انحراف استاندارد به میانگین) سه پارامتر را محاسبه کنید. اگر ضریب تغییرات ≤1٪ باشد، نتایج کالیبراسیون تکرارپذیری خوبی دارند. اگر ضریب تغییرات خیلی زیاد باشد، مشکلاتی مانند پایداری تجهیزات و تداخل محیطی باید بررسی شود و کالیبراسیون مجدد باید انجام شود.
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.8. تأیید پایداری دما (اختیاری): اگر IMU نیاز به کار در محدوده دمایی وسیعی دارد، آزمایشهای کالیبراسیون را میتوان در نقاط دمایی مختلف (به عنوان مثال، -10℃، 0℃، 20℃، 40℃، 60℃) تکرار کرد تا تغییر پارامترهای خطا با دما تأیید شود. یک مدل جبران دما برای پارامترهای خطا میتواند ایجاد شود تا دقت اندازهگیری IMU را در شرایط دمایی مختلف بهبود بخشد.9. ذخیرهسازی طبقهبندی دادهها: دادههای خام پیشپردازش شده، نتایج راهحل پارامتر خطا، گزارشهای تجزیه و تحلیل باقیمانده، نتایج تأیید و غیره، بر اساس تاریخ کالیبراسیون، شماره IMU و شرایط محیط کالیبراسیون طبقهبندی و ذخیره میشوند. فرمتهای ذخیرهسازی دادهها فرمتهای رایج (مانند CSV، MAT، PDF) را اتخاذ میکنند تا از خوانایی و ردیابی دادهها اطمینان حاصل شود.
10. پشتیبانگیری از دادهها: چندین نسخه پشتیبان از دادههای بایگانی شده (مانند هارد دیسکهای محلی و فضای ذخیرهسازی ابری) تهیه کنید تا از از دست رفتن دادهها جلوگیری شود. دادههای پشتیبان باید دارای نام فایلها و اسناد توضیحی با برچسبگذاری واضح باشند، که به وضوح هدف، فرآیند و شرایط مربوطه را تعریف میکنند.مراحل نهایی عمدتاً شامل بایگانی دادههای کالیبراسیون، بازیابی و نگهداری تجهیزات و تهیه گزارش کالیبراسیون برای اطمینان از ردیابی فرآیند کالیبراسیون و ارائه مبنایی برای استفاده و نگهداری بعدی IMU است. گزارش کالیبراسیون خلاصهای از کار کالیبراسیون است و باید فرآیند و نتایج کالیبراسیون را به طور جامع و دقیق ثبت کند، که عمدتاً شامل موارد زیر است:
میز نرخدو محوره، IMU و تجهیزات جمعآوری دادهها را خاموش کنید. IMU را به ترتیب از فیکسچر جدا کنید و IMU را بردارید. از برخورد و لرزش در طول جداسازی برای محافظت از اجزای حساس IMU خودداری کنید.میز نرخ
3. بازیابی پارامترهای تجهیزات: پارامترهایمیز نرخ4. گزارش کالیبراسیون شامل موارد زیر است:
(2) اطلاعات تجهیزات کالیبراسیون: مدلمیز نرخ
(3) شرایط محیطی کالیبراسیون: دما، رطوبت، فشار هوا، لرزش؛(4) شرح فرآیند کالیبراسیون: برنامهریزی نقطه وضعیت/سرعت کالیبراسیون، پارامترهای جمعآوری دادهها، مدل خطا و الگوریتم راهحل؛(6) نتیجهگیری و توصیهها: آیا نتایج کالیبراسیون با استانداردها مطابقت دارد، توصیههایی برای استفاده از IMU (مانند جبران دما، چرخه کالیبراسیون مجدد دورهای) و توصیههایی برای نگهداری تجهیزات.
به طور خلاصه، روش استاندارد برای کالیبراسیون دو بعدی IMU با استفاده ازمیز نرخ1. اگر در طول کالیبراسیون، رانش وضعیتیا سیگنال خروجی IMU غیرعادی رخ داد، کالیبراسیون باید فوراً متوقف شود، نقص باید بررسی شود و کالیبراسیون باید دوباره راهاندازی شود تا از تولید دادههای کالیبراسیون نامعتبر جلوگیری شود.3. دقت تراز سیستم محوردو محوره مستقیماً بر نتایج کالیبراسیون تأثیر میگذارد. برای اطمینان از اینکه دقت سیستم محور الزامات را برآورده میکند،
باید به طور منظم کالیبره شود.4. دما، لرزش، تداخل الکترومغناطیسی و سایر عوامل محیط کالیبراسیون تأثیر قابل توجهی بر خروجی IMU دارند. شرایط محیطی باید به شدت کنترل شود و در صورت لزوم اقدامات جداسازی و محافظت انجام شود.
روش استاندارد برای کالیبراسیون دو بعدی IMU با استفاده از یک جدول نرخ دو محور
روش استاندارد برای کالیبراسیون دو بعدی IMU با استفاده از یک جدول نرخ دو محور
به عنوان جزء اصلی یک سیستم ناوبری اینرسیایی، دقت اندازهگیری IMU مستقیماً عملکرد کلی سیستم ناوبری را تعیین میکند. کالیبراسیون دو بعدی IMU در درجه اول شامل کالیبره کردن پارامترهای خطای شتابسنجها و ژیروسکوپها در صفحه افقی (معمولاً ترکیبی از پیچ-رول یا آزیموت-پیچ) است. یکمیز نرخ دو محوره، با قابلیتهای موقعیتیابی زاویهای و کنترل وضعیت با دقت بالا، تجهیزات اصلی برای دستیابی به این کالیبراسیون است. این مقاله، بر اساس استانداردهای صنعت و رویههای مهندسی، کل فرآیند کالیبراسیون دو بعدی IMU را با استفاده از یکمیز نرخدو محوره، با پوشش چهار مرحله اصلی شرح میدهد: آمادهسازی قبل از کالیبراسیون، روشهای اصلی کالیبراسیون، پردازش و تأیید دادهها و مراحل نهایی، که استانداردسازیتکرارپذیریفرآیند کالیبراسیونو قابلیت اطمیناننتایج کالیبراسیون را تضمین میکند.I. آمادهسازی قبل از کالیبراسیونآمادهسازی قبل از کالیبراسیون برای اطمینان از دقت کالیبراسیون اساسی است. باید در چهار جنبه انجام شود: انتخاب و بازرسی تجهیزات، کنترل شرایط محیطی، نصب و اشکالزدایی IMU و راهاندازی سیستم نرمافزاری، تا اطمینان حاصل شود که هر مرحله الزامات کالیبراسیون را برآورده میکند.(
①
) انتخاب و بازرسی تجهیزات
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.دو محوره ارسال میشوند. پس از اینکه: بر اساس سطح دقت IMU و الزامات کالیبراسیون، یک
دو محوره را انتخاب کنید که الزامات دقت موقعیت زاویهای، پایداری نرخ زاویهای و عمود بودن محورها را برآورده کند. برای IMUهای با دقت متوسط تا بالا (مانند IMUهای درجه ناوبری)، دقت موقعیت زاویهایباید بهتر از 10″ باشد و عمود بودن محورها بهتر از 5″ باشد. برای IMUهای درجه مصرفکننده، دقتمیز نرخمیز نرخ2. بررسی تجهیزات کمکی: یک منبع تغذیه با دقت بالا (پایداری ولتاژ خروجی ≤0.1%) برای تغذیه IMU آماده کنید، اطمینان حاصل کنید که نوسانات ولتاژ خطاهای اندازهگیری را ایجاد نمیکنند. از یک کارت جمعآوری داده (نرخ نمونهبرداری ≥100Hz، وضوح ≥16-bit) برای جمعآوری سیگنالهای شتاب و سرعت زاویهای خروجی IMU، و همچنین سیگنالهای بازخورد موقعیت زاویهای/نرخ زاویهایاستفاده کنید. سیستم کنترل سروو را بابررسی کنید تا از چرخش روان محورها بدون از دست رفتن گام یا لرزش اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، ابزارهایی مانند
و آچار گشتاور برای تراز کردن و ثابت کردن IMU پس از نصب مورد نیاز است.3. کالیبراسیون و تأیید تجهیزات: کالیبراسیون اولیهدو محوره برای تأیید موقعیت زاویهای،دقت و عمود بودن محورها، در میان سایر مشخصات فنی انجام میشود. مقادیر واقعی و مقادیر دستوری برای هر محورمیز نرخدر موقعیتهای زاویهای مختلف اندازهگیری میشود تا اطمینان حاصل شود که انحرافات در محدودههای قابل قبول هستند. صفحه مرجع افقی
بررسی میشود تا اطمینان حاصل شود که تراز آن بهتر از5(میز نرخ) کنترل شرایط محیطی1. کنترل دما: پارامترهای خطای IMU به طور قابل توجهی تحت تأثیر دما قرار میگیرند. دمای محیط کالیبراسیون باید در (20±2)℃ کنترل شود و نرخ تغییر دما باید ≤0.5℃/h باشد. این را میتوان از طریق یک آزمایشگاه با دمای ثابت یا یک سیستم کنترل دما برای اطمینان از پایداری دما در طول کالیبراسیون و کاهش تأثیر رانش دما بر نتایج کالیبراسیون به دست آورد.2. کنترل لرزش و تداخل: محیط کالیبراسیون باید دور از منابع لرزش (مانند ماشینآلات، فنها، وسایل نقلیه سنگین و غیره) باشد و اقدامات جداسازی لرزش باید روی زمین انجام شود (مانند ساخت یک فونداسیون جداسازی لرزش یا نصب پدهای جداسازی لرزش) تا اطمینان حاصل شود که شتاب لرزش محیطی ≤0.01g است. در عین حال، از تداخل الکترومغناطیسی قوی خودداری کنید ومیز نرخ3. کنترل فشار هوا و رطوبت: برای IMUهایی که برای کالیبراسیون به فشار هوا متکی هستند (مانند برخی از IMUهای ترکیبی با فشارسنج)، فشار هوای محیط باید در فشار اتمسفر استاندارد (101.325kPa±1kPa) تثبیت شود و رطوبت نسبی باید در 40٪ تا 60٪ کنترل شود تا از تغییرات رطوبت که باعث مرطوب شدن مدارهای داخلی IMU یا بدتر شدن عملکرد عایق میشود، جلوگیری شود.③) نصب و اشکالزدایی IMU1. نصب مکانیکی: IMU را با استفاده از یک گیره مخصوص به
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.محکم کنید، و اطمینان حاصل کنید که محور حسگر IMU با محورهای مختصاتمیز نرخ
2. کالیبراسیون تراز محور: دقت تراز بین IMU ومیز نرخ
میز نرخرا در موقعیت افقی تنظیم کنید و اطمینان حاصل کنید که محور Z IMU موازی با جهت گرانش است. سپس، با چرخاندنمیز نرخ، موازی بودن بین محور حسگر IMU و محور چرخشمیز نرخرا تأیید کنید. خطای موازی بودن باید ≤5″ باشد. اگر دقت تراز الزامات را برآورده نمیکند، موقعیت فیکسچر را تنظیم کنید و کالیبراسیون را تکرار کنید تا زمانی که استاندارد را برآورده کند.3. اتصال و اشکالزدایی الکتریکی: IMU را به منبع تغذیه و کارت جمعآوری داده متصل کنید، و از سیمکشی ایمن و تماس خوب برای جلوگیری از از دست رفتن سیگنال یا اعوجاج ناشی از اتصالات شل اطمینان حاصل کنید. IMU را روشن و از قبل گرم کنید. زمان گرم کردن قبلی به نوع IMU بستگی دارد (IMUهای درجه ناوبری معمولاً به 30-60 دقیقه نیاز دارند، IMUهای درجه مصرفکننده به 10-20 دقیقه نیاز دارند) تا به دمای داخلی IMU اجازه تثبیت داده شود. در طول گرم کردن قبلی، پایداری سیگنال خروجی IMU را نظارت کنید. اگر نوسانات سیگنال، نویز بیش از حد یا سایر ناهنجاریها رخ داد، سیمکشی یا تجهیزات را عیبیابی کنید.④
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.میز نرخرا پیکربندی کنید (مانند قطر شفت، نسبت انتقال)، حالت کنترل (استاتیک/دینامیک)، تنظیمات موقعیت زاویهای/نرخ زاویهای و غیره. همزمان، شرایط راهاندازی جمعآوری دادهها را تنظیم کنید تا اطمینان حاصل شود که جمعآوری دادهها تنها پس از تثبیت وضعیت
آغاز میشود، و از تداخل سیگنال در طول فرآیند انتقال جلوگیری میشود.2. اشکالزدایی نرمافزار جمعآوری دادهها: نرمافزار جمعآوری دادهها را اشکالزدایی کنید، تنظیم پارامترهایی مانند نرخ نمونهبرداری، مدت زمان نمونهبرداری و فرمت ذخیرهسازی دادهها (به عنوان مثال، فایل CSV، MAT). یک مکانیسم جمعآوری همزمان برای سیگنال خروجی IMU و سیگنال بازخوردمیز نرخایجاد کنید، و اطمینان حاصل کنید که مهر زمان آنها با خطای ≤1ms تراز شده است. یکپارچگی و دقت جمعآوری دادهها را از طریق آزمایشهای جمعآوری شبیهسازی شده تأیید کنید و مشکلاتی مانند از دست رفتن دادهها و تأخیر را عیبیابی کنید.II. فرآیند اصلی کالیبراسیونمیز نرخ(
) کالیبراسیون استاتیک شتابسنجهدف از کالیبراسیون استاتیک یک شتابسنج، حل کردن بایاس صفر و ضریب مقیاس آن است. از تصویر گرانش در زوایای مختلف به عنوان ورودی مرجع استفاده میکند و یک مدل خطا ایجاد میکند و با اندازهگیری سیگنال شتاب خروجی توسط IMU، پارامترها را حل میکند.2. تنظیم و تثبیت وضعیت: دستورات موقعیت زاویهای برای هر وضعیت به ترتیب از طریق نرمافزار کنترلدو محوره ارسال میشود. پس از اینکهIMU را به چرخش به وضعیت هدف هدایت کرد، به طور استاتیک پایدار میماند. زمان تثبیت برای هر وضعیت ≥30 ثانیه است، که پایداری سیگنال شتاب خروجی توسط IMU را تضمین میکند (دامنه نوسان سیگنال ≤0.001g). در طول تثبیت، سیگنال بازخورد موقعیت زاویهایدر زمان واقعی نظارت میشود. اگر انحراف وضعیت از محدوده مجاز تجاوز کند (≤5″)،
به طور خودکار تنظیمات جبرانی را انجام میدهد.3. جمعآوری و ثبت دادهها: پس از تثبیت هر وضعیت، نرمافزار جمعآوری دادهها فعال میشود تا سیگنالهای شتاب محورهای X، Y و Z خروجی توسط IMU را جمعآوری کند. مدت زمان نمونهبرداری ≥10 ثانیه است و نرخ نمونهبرداری ≥100Hz است. همزمان، موقعیت زاویهای واقعی
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.(زاویه پیچ θ، زاویه رول φ) ثبت میشود تا مقادیر تصویر گرانش در هر محور حساس (ورودی مرجع) محاسبه شود. دادههای جمعآوری شده بر اساس وضعیت ذخیره میشوند، که به وضوح با اطلاعات وضعیت و مهر زمان برچسبگذاری شدهاند.4. ایجاد مدل خطا و راهحل پارامتر: مدل خطای شتابسنج ایجاد میشود، و خطاهای اتصال متقابل نادیده گرفته میشوند (که میتوانند در کالیبراسیون دو بعدی ساده شوند). مدل خطا به شرح زیر است:
که در آن a شتاب محور i-ام خروجی توسط IMU است، K ضریب مقیاس محور i-ام است، a شتاب مرجع محور i-ام (تصویر شتاب گرانشی) است و b بایاس صفر محور i-ام است. بر اساس شتاب مرجع a (محاسبه شده از θ و φ، مانند شتاب مرجع محور Z a=g·cosθ·cosφ، شتاب مرجع محور X a=g·sinθ، شتاب مرجع محور Y a=g·sinφ·cosθ، که در آن g شتاب گرانشی است، که 9.80665m/s² در نظر گرفته میشود) و a مربوطه، K و b با استفاده از روش کمترین مربعات حل میشوند.(②) کالیبراسیون بایاس صفر استاتیک ژیروسکوپ(③) کالیبراسیون نرخ دینامیکی ژیروسکوپمیز نرخ
1. انتخاب وضعیت کالیبراسیون: یک وضعیت افقی با پیچ 0° و رول 0° را انتخاب کنید. در این وضعیت، IMU هیچ ورودی نرخ زاویهای ندارد و خروجی ژیروسکوپ فقط شامل بایاس صفر و نویز است. در این وضعیت نیازی به چرخشمیز نرخ2. جمعآوری دادههای طولانیمدت: نرمافزار جمعآوری دادهها را راهاندازی کنید و سیگنالهای خروجی محورهای X، Y و Z ژیروسکوپ را جمعآوری کنید. زمان نمونهبرداری باید ≥60 دقیقه و نرخ نمونهبرداری ≥100Hz باشد. در طول فرآیند جمعآوری، به طور مداوم دمای محیط و وضعیت
را نظارت کنید تا از پایداری دما (نوسان ≤0.2℃) و عدم رانش وضعیت (انحراف ≤5″) اطمینان حاصل کنید تا از ایجاد خطاهای اضافی از عوامل خارجی جلوگیری شود.3. محاسبه بایاس صفر: دادههای خروجی ژیروسکوپ جمعآوری شده برای حذف نقاط پرت (با استفاده از معیار 3σ) پیشپردازش میشوند و سپس میانگین سیگنال خروجی هر محور محاسبه میشود. این مقدار میانگین، بایاس صفر استاتیک b ژیروسکوپ (i=X,Y,Z) است. در عین حال، انحراف استاندارد دادهها برای ارزیابی سطح نویز ژیروسکوپ محاسبه میشود. اگر انحراف استاندارد خیلی زیاد باشد (بیش از مشخصات فنی IMU)، باید خرابی تجهیزات یا تداخل محیطی بررسی شود.
4. برنامهریزی نقطه نرخ: بر اساس محدوده IMU و سناریوی کاربردی واقعی، نقاط نرخ دینامیکی را در هر دو بعد پیچ و رول برنامهریزی کنید. 5-7 نقطه نرخ برای هر بعد انتخاب کنید، که نرخهای رو به جلو و معکوس را پوشش میدهد (به عنوان مثال، -100°/s، -50°/s، 0°/s، 50°/s، 100°/s)، که در آن نقطه نرخ 0°/s برای تأیید سازگاری بایاس صفر استاتیک استفاده میشود. انتخاب نقاط نرخ باید اطمینان حاصل کند که از محدوده IMU تجاوز نمیکنند و
میز نرخ5. خروجی نرخ و تثبیت: دستورات برای هر نقطه نرخ به ترتیب در ابعاد پیچ و رول از طریق نرمافزار کنترل
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.دو محوره ارسال میشوند. پس از اینکهمیز نرخ
IMU را به چرخش به نرخ هدف هدایت کرد، پایداری دینامیکی را با زمان تثبیت ≥20 ثانیه حفظ میکند. در طول تثبیت، سیگنال بازخورد نرخ زاویهای
در زمان واقعی نظارت میشود. اگر انحراف نرخ از محدوده مجاز تجاوز کند (≤0.5°/s)،میز نرخ
6. جمعآوری و ثبت دادهها: پس از تثبیت هر نقطه نرخ، نرمافزار جمعآوری دادهها را راهاندازی کنید تا سیگنال خروجی محور حساس مربوطه ژیروسکوپ را جمعآوری کنید (به عنوان مثال، خروجی ژیروسکوپ محور X را هنگام چرخش در بعد پیچ جمعآوری کنید و خروجی ژیروسکوپ محور Y را هنگام چرخش در بعد رول جمعآوری کنید). زمان نمونهبرداری ≥10 ثانیه است و نرخ نمونهبرداری ≥100Hz است. در عین حال، سرعت زاویهای واقعیمیز نرخ1. اگر در طول کالیبراسیون، رانش وضعیتکه در آن ω نرخ زاویهای خروجی محور i-ام ژیروسکوپ است، K ضریب مقیاس محور i-ام است، ω نرخ زاویهای مرجع محور i-ام (نرخ خروجی واقعی) است و b بایاس صفر استاتیک محور i-ام (که قبلاً در کالیبراسیون استاتیک حل شده است) است. ω و ω مربوطه را در هر نقطه نرخ در مدل جایگزین کنید و K را با استفاده از روش کمترین مربعات حل کنید.پردازش و تأیید دادهها مراحل کلیدی برای اطمینان از قابلیت اطمینان نتایج کالیبراسیون هستند. دادههای خام جمعآوری شده باید پیشپردازش شوند و پس از حل پارامترهای خطا، تجزیه و تحلیل باقیمانده، تأیید تکرارپذیری و تأیید دقت باید انجام شود. اگر تأیید با شکست مواجه شود، فرآیند باید به روش اصلی کالیبراسیون برای کالیبراسیون مجدد بازگردانده شود.
باید به طور منظم کالیبره شود.3. همترازی همگامسازی دادهها: برای رفع اختلاف مهر زمان بین سیگنال خروجی IMU و سیگنال بازخوردمیز نرخ، از درونیابی خطی برای همترازی همگامسازی استفاده میشود. این اطمینان میدهد که هر مجموعه از دادههای خروجی IMU با یک وضعیت یا حالت نرخ
دقیق، با خطای همگامسازی ≤1ms مطابقت دارد.4. بهینهسازی
پارامتر
s
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.: دادههای پیشپردازش شده را در مدلهای خطای شتابسنج و ژیروسکوپ جایگزین کنید و از روش کمترین مربعات برای حل پارامترهای خطا مانند بایاس صفر و ضریب مقیاس استفاده کنید. برای سناریوهای پیچیده، میتوان از روش فیلتر کالمن برای بهینهسازی نتایج راهحل پارامتر استفاده کرد، که دقت و پایداری تخمین پارامتر را بهبود میبخشد.5. تجزیه و تحلیل باقیمانده: باقیماندهها را بین مقادیر مشاهده شده (خروجی IMU) و پیشبینیهای مدل در هر وضعیت/نقطه نرخ کالیبره شده محاسبه کنید. باقیماندهها دقت برازش مدل خطا را منعکس میکنند. اگر میانگین باقیماندهها نزدیک به 0 باشد و انحراف استاندارد کوچک باشد (انحراف استاندارد باقیمانده شتاب ≤ 0.002g، انحراف استاندارد باقیمانده سرعت زاویهای ≤ 0.1°/s)، نشان میدهد که مدل به خوبی برازش شده است. اگر باقیماندهها خیلی بزرگ باشند یا یک روند واضح را نشان دهند، مدل خطا (به عنوان مثال، در نظر گرفتن خطای اتصال متقابل) یا اعتبار دادههای کالیبراسیون باید دوباره بررسی شود.
6. تأیید تکرارپذیری: تحت شرایط محیطی و روشهای کالیبراسیون یکسان، سه آزمایش کالیبراسیون کامل انجام دهید و پارامترهای خطا را برای هر کالیبراسیون تعیین کنید. ضریب تغییرات (نسبت انحراف استاندارد به میانگین) سه پارامتر را محاسبه کنید. اگر ضریب تغییرات ≤1٪ باشد، نتایج کالیبراسیون تکرارپذیری خوبی دارند. اگر ضریب تغییرات خیلی زیاد باشد، مشکلاتی مانند پایداری تجهیزات و تداخل محیطی باید بررسی شود و کالیبراسیون مجدد باید انجام شود.
7. تأیید دقت: نقاط وضعیت/سرعت را که در کالیبراسیون دخیل نیستند به عنوان نقاط تأیید انتخاب کنید. پارامترهای خطای کالیبره شده را در مدل خطا جایگزین کنید تا خروجی IMU جبران شود و خطای بین خروجی IMU جبران شده و ورودی مرجع را محاسبه کنید. اگر خطای جبران شده الزامات فنی IMU را برآورده کند (به عنوان مثال، خطای اندازهگیری شتاب ≤ 0.01g، خطای اندازهگیری سرعت زاویهای ≤ 0.5°/s)، دقت کالیبراسیون رضایتبخش است. اگر خطا الزامات را برآورده نکند، فرآیند کالیبراسیون باید دوباره بهینه شود (به عنوان مثال، نقاط وضعیت/سرعت بیشتری را برای کالیبراسیون اضافه کنید، مدل خطا را تنظیم کنید) و کالیبراسیون باید دوباره انجام شود.8. تأیید پایداری دما (اختیاری): اگر IMU نیاز به کار در محدوده دمایی وسیعی دارد، آزمایشهای کالیبراسیون را میتوان در نقاط دمایی مختلف (به عنوان مثال، -10℃، 0℃، 20℃، 40℃، 60℃) تکرار کرد تا تغییر پارامترهای خطا با دما تأیید شود. یک مدل جبران دما برای پارامترهای خطا میتواند ایجاد شود تا دقت اندازهگیری IMU را در شرایط دمایی مختلف بهبود بخشد.9. ذخیرهسازی طبقهبندی دادهها: دادههای خام پیشپردازش شده، نتایج راهحل پارامتر خطا، گزارشهای تجزیه و تحلیل باقیمانده، نتایج تأیید و غیره، بر اساس تاریخ کالیبراسیون، شماره IMU و شرایط محیط کالیبراسیون طبقهبندی و ذخیره میشوند. فرمتهای ذخیرهسازی دادهها فرمتهای رایج (مانند CSV، MAT، PDF) را اتخاذ میکنند تا از خوانایی و ردیابی دادهها اطمینان حاصل شود.
10. پشتیبانگیری از دادهها: چندین نسخه پشتیبان از دادههای بایگانی شده (مانند هارد دیسکهای محلی و فضای ذخیرهسازی ابری) تهیه کنید تا از از دست رفتن دادهها جلوگیری شود. دادههای پشتیبان باید دارای نام فایلها و اسناد توضیحی با برچسبگذاری واضح باشند، که به وضوح هدف، فرآیند و شرایط مربوطه را تعریف میکنند.مراحل نهایی عمدتاً شامل بایگانی دادههای کالیبراسیون، بازیابی و نگهداری تجهیزات و تهیه گزارش کالیبراسیون برای اطمینان از ردیابی فرآیند کالیبراسیون و ارائه مبنایی برای استفاده و نگهداری بعدی IMU است. گزارش کالیبراسیون خلاصهای از کار کالیبراسیون است و باید فرآیند و نتایج کالیبراسیون را به طور جامع و دقیق ثبت کند، که عمدتاً شامل موارد زیر است:
میز نرخدو محوره، IMU و تجهیزات جمعآوری دادهها را خاموش کنید. IMU را به ترتیب از فیکسچر جدا کنید و IMU را بردارید. از برخورد و لرزش در طول جداسازی برای محافظت از اجزای حساس IMU خودداری کنید.میز نرخ
3. بازیابی پارامترهای تجهیزات: پارامترهایمیز نرخ4. گزارش کالیبراسیون شامل موارد زیر است:
(2) اطلاعات تجهیزات کالیبراسیون: مدلمیز نرخ
(3) شرایط محیطی کالیبراسیون: دما، رطوبت، فشار هوا، لرزش؛(4) شرح فرآیند کالیبراسیون: برنامهریزی نقطه وضعیت/سرعت کالیبراسیون، پارامترهای جمعآوری دادهها، مدل خطا و الگوریتم راهحل؛(6) نتیجهگیری و توصیهها: آیا نتایج کالیبراسیون با استانداردها مطابقت دارد، توصیههایی برای استفاده از IMU (مانند جبران دما، چرخه کالیبراسیون مجدد دورهای) و توصیههایی برای نگهداری تجهیزات.
به طور خلاصه، روش استاندارد برای کالیبراسیون دو بعدی IMU با استفاده ازمیز نرخ1. اگر در طول کالیبراسیون، رانش وضعیتیا سیگنال خروجی IMU غیرعادی رخ داد، کالیبراسیون باید فوراً متوقف شود، نقص باید بررسی شود و کالیبراسیون باید دوباره راهاندازی شود تا از تولید دادههای کالیبراسیون نامعتبر جلوگیری شود.3. دقت تراز سیستم محوردو محوره مستقیماً بر نتایج کالیبراسیون تأثیر میگذارد. برای اطمینان از اینکه دقت سیستم محور الزامات را برآورده میکند،
باید به طور منظم کالیبره شود.4. دما، لرزش، تداخل الکترومغناطیسی و سایر عوامل محیط کالیبراسیون تأثیر قابل توجهی بر خروجی IMU دارند. شرایط محیطی باید به شدت کنترل شود و در صورت لزوم اقدامات جداسازی و محافظت انجام شود.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
-RUYANG-