كاليبراسيون چند وضعيتي براي IMU نه درجه آزادي با استفاده از بروزرساني حداقل مربعات بمنظور تخمين تمام ضرايب كاليبراسيون حسگرهاي اينرسي

Multi-Position Calibration For 9 DOF IMU Using Least Squares With Updating Parameters to Estimate All Calibration Coefficients

علت اصلي ايجاد بي‌دقتي در ناوبري اينرسي، خطا در حسگرهاي اينرسي است كه به دو نوع قطعي و تصادفي تقسيم مي‌شوند. راه حل اصلي براي جبران خطاي قطعي تعيين ضرايب كاليبراسيون است. هدف اصلي اين مقاله جبران خطاي قطعي و ارائه روشي براي بدست آوردن همه ضرايب كاليبراسيون شامل باياس، ضريب بهره، عدم تعامد و عدم همراستايي حسگرهاي اينرسي با حداقل وضعيت مورد نياز بصورت بهينه است. در اين راستا در ابتدا مدل ضرايب كاليبراسيون بكار رفته معرفي مي‌شود. سپس نشان داده مي‌شود بوسيله قرار دادن حسگرها در وضعيت‌هاي مختلف و ماتريس‌هاي افزونه كه از داده‌هاي اندازه‌گيري اين حسگرها استفاده مي‌كنند مي‌توان كمبود رتبه ماتريس سيستم را حل نمود. روش بكار رفته فرم تعميم يافته‌اي از حداقل مربعات است كه از تخمين در هر لحظه براي بروزرساني ضرايب كاليبراسيون استفاده مي‌كند. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي مي‌تواند تمام ضرايب كاليبراسيون را تخمين بزند. همچنين هرچه تعداد مكان‌هاي بيشتر و يا داده براي زمان بيشتر در هر وضعيت در روش پيشنهادي بكار رود دقت تخمين افزايش يافته و RMSE كاهش مي‌يابد.

The main factor for precision in inertial navigation is sensor error reduction and one of the main error sources are deterministic errors. In this paper, a new method for improving the multi-position calibration of inertial sensors to solve deterministic errors is presented using the least squares with updating of coefficients. The applied method is a generalized least squares form, which uses an updating parameters. Because the proposed method is not dependent on the measured quantity, it can be used for gyroscopes, accelerometers and magnetometers, and is suitable for 9 DOF of IMU or less. Unlike the usual methods that require placement in only a constant six or twelve positions and only in the direction of the gravity acceleration vector, and estimates a limited number of calibration coefficients, The proposed method, requires measurement information in at least four positions, and does not have to be placed in a particular direction and estimates all calibration coefficients including bias, scale factor, non orthogonality, and misalignment. It is shown in a completely analytical manner that the proposed method requires a minimum of four positions. And five or six and even more arbitrary other positions can be used to increase the precision of calibration coefficients estimations. Simulation results show higher precision and also the ability to estimate all calibration coefficients.