广告

迷路的陀螺仪…

2019-10-16 Ian Beavers,ADI高速模拟数字转换器应用工程师 阅读:
问:我听说陀螺仪航向的漂移误差可能会随时间推移而累积,我的IMU会发生这种问题吗?

角速率的MEMS陀螺仪有多个误差因素,偏置不稳定性便是其中之一。然而,与提供增强性能的离散式组件相比,惯性测量单元(IMU)具有多方面优势。六自由度IMU是由多个惯性MEMS传感器组成,这些传感器经过温度补偿和校准,对齐在正交轴上。内建三轴陀螺仪测量绕一个已知点的旋转,而三轴加速度计测量位移。后处理步骤利用数字信号处理器或微控制器执行,从而在内部实现传感器融合。bxTednc

陀螺仪会受偏置不稳定性影响,由于组件固有的不足和噪声,陀螺仪的初始零点读数会随时间漂移。偏置可重复性可以在IMU的已知温度范围内进行校准。然而,恒定偏置不稳定性的积分会引起角度误差。此类误差会随着陀螺仪旋转或角度估计的长期漂移而累积。漂移的不良后果是航向计算的误差会持续增加而不减退。加速度计则相反,其对振动和其他非重力加速度敏感。bxTednc

引起陀螺仪漂移的主要原因是两个因素的结合:其中之一是慢速变化接近DC的变量,称为偏置不稳定性;另一个是较高频率的噪声变量,称为角度随机游走(ARW)。这些参数的大小是运用每单位时间的旋转角度来衡量。偏航轴对此漂移最为敏感。俯仰(姿态)和滚动轴的相当一部分陀螺仪漂移,可以在IMU内部予以消除,即利用加速度计的回馈结果监控相对于重力的位置。在IMU内部利用低通或卡尔曼滤波器(Kalman filter)对陀螺仪输出进行滤波,也是广泛采用的消除部分漂移误差的方法。bxTednc

理想情况下,校正所有轴的陀螺仪漂移需要两个基准:九自由度IMU通常会提供额外的磁力计传感器——大约三轴,磁力计检测磁场相对于地磁北极的强度;此类传感器可以与加速度计数据一起使用,作为另一个外部基准,用来降低陀螺仪漂移误差对偏航轴的影响。然而,设计适当的空间磁力计可能不如加速度计可靠,因为有很多东西会产生与地磁大小差不多的磁场。bxTednc

另一种更有效的长期漂移消除方法是对陀螺仪实施零角速度更新,只要知道组件处于完全静止状态,便可将相应轴的陀螺仪偏移归零。因具体应用不同,这样的机会具有很大差异,但只要系统处于重复出现的安静状态,例如汽车怠速、自主机器人静止或人跨脚步之间的时间,就可以进行归零调整。bxTednc

当然,一开始便在设计中使用偏置不稳定性最小的先进IMU,可以最直接地降低陀螺仪漂移。要测量陀螺仪的恒定偏置误差,可以在组件未旋转时,取得输出在较长时间内的平均值。IMU艾伦方差曲线(Allan variance plot)显示陀螺仪漂移(每小时旋转度数)与积分时间(τ)的关系,它一般是以对数-对数比例尺绘制的。bxTednc

 035ednc20191016bxTednc

ADIS16490是ADI高性能策略级IMU产品系列中的最新产品,运动中偏置稳定度为每小时1.8°。如图所示,1小时点(3,600秒)对应的误差为1.8°。bxTednc

 bxTednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • DC/DC转换器功率降额规范中的挑战和替代方法 当今电子系统正在将更多的功能集成到更小尺寸中,但功能增多使功耗也会增加。因此,为了应对这一趋势,提供系统电压轨的DC/DC转换器必须以更小的封装实现更高的功率,即具有更高的“功率密度”。虽然目前的转换器设计可以具有非常高效率,但仍必须消散巨大热量以将关键组件保持在其最高额定温度以下。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:艾为触觉反馈驱动AW AW86224是一款具有F0检测与追踪,内置SRAM波形空间,低功耗、小尺寸的常压线性马达驱动IC
  • 从技术角度分析,GaN和SiC功率器件上量还欠什么? 氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)这两种新器件正在推动电力电子行业发生重大变化,它们在汽车、数据中心、可再生能源、航空航天和电机驱动等多个行业取得了长足的进步。在由AspenCore集团举办的PowerUP Expo大会上,演讲嘉宾们深入探讨了包括GaN和SiC在内的宽禁带(WBG)器件的技术优势以及发展趋势。
  • Matter的核心:定义下一阶段智能家居的互操作性和无线技 在当今完全互联的世界里,使用各种智能家居的生活环境意味着需要同时与多种无线协议进行交互。照明系统、供暖和制冷系统、安全系统、娱乐系统——现在家庭生活的方方面面几乎都可以通过无线方式进行增强和控制。尽管无线技术的优势众多,但如今家庭中的无线连接并不是一帆风顺的。即便对于深谙各种先进技术的智能家居爱好人士来说,家庭网络中处理各种不兼容的无线协议也构成了挑战。
  • 学子专区—ADALM2000实验:跨阻放大器输入级 本次实验旨在研究简单跨阻放大器的输入级配置。
  • 用TinyML开始设计——开发评估套件 本文中展示的开发套件和评估板得到一些流行的机器学习库和用于 TinyML 工作流程资源的支持,包括用于微控制器的 Google TensorFlow Lite 和 Edge Impulse,因而它们能够成为您第一个项目的理想起点。
  • 自耦变压器SPICE建模 自耦变压器又称为单绕组变压器,可分升压变压器及降压变压器;它是一种只有一组线圈的变压器,其中一个线圈作为另一线圈的一部份...
  • 选择正确的设备监测电池温度 电池包需要达到足够的功率密度(W/kg), 才能分配充分的电流来实现电动汽车的加速指标。 同时, 高功率密度 (Wh/kg),才能实现更长的续航时间或续航里程。
  • 拆解小米WatchS1智能手表,看看主板上的主要IC来自哪些 根据小米官方的描述,小米智能手表Watch S1型号中的S,取自“Super”的缩写,代表了强大。也代表着S1是面对高端市场的产品。那究竟是否如其名呢?
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:汽车级高性能可编程 CHA611是意瑞于2019年推出的汽车级可编程线性霍尔芯片,支持 5V 单电源供电,120 kHz带宽,响应时间约2us,支持灵敏度0.8 mV/Gs~ 24 mV/Gs范围内可编程。该产品在全温-40℃~150℃范围内可实现 1% 精度,且芯片出厂前已完成静态(零电流)输出电压的校准,并已通过AEC-Q100认证。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:MHA101霍尔开关传感 MHA101KN是一款全极的霍尔开关传感器,采用的是DFN1014封装(1.0x1.4mm 4-pin)。具有超低功耗,磁滞窗口小,磁场感应灵敏度高,一致性好,支持丰富的封装方式等优势。主要应用在智能手机、可穿戴(TWS及充电仓)、家电等领域。该产品已于2021年1月量产,出货量10 Mu/月,累计营收2千万人民币。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:温度湿度二合一传感 CHT8305是高精度数字温度湿度二合一传感器,其温度分辨率可达0.03125℃,具有±0.5℃的高精度,湿度分辨率可达0.02%RH。可覆盖宽电压范围至1.35V - 5.5V的应用,在3.3V电源下每秒采集一次温湿度数据时,平均工作电流仅为1.0uA(Typ.);在待机模式下,电流消耗为35nA(Typ.)…
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了