VIO標定IMU隨機誤差——Allan方差法

在IMU採集數據時，會產生兩種誤差：確定性誤差和隨機性誤差，爲獲得精確的數據，需要對上述兩種誤差進行標定。本文針對隨機誤差使用Allan進行標定。

Allan方差法

加速度計和陀螺儀隨機誤差的標定通常使用Allan方差法，Allan方差法是20世紀60年代由美國國家標準局的David Allan提出的基於時域的分析方法。
Allan方差法可用於5種隨機誤差的標定：

有關如何讀取誤差參數，這篇博客講解的比較詳細：陀螺 Allan 方差分析

標定IMU隨機誤差

常用的Allan方差工具，主要有以下兩種：

https://github.com/gaowenliang/imu_utils
https://github.com/rpng/kalibr_allan

選用標定IMU的工具包參考港科大的imu_utils

1. 安裝依賴:

sudo apt-get install libdw-dev

2. 下載、編譯code_utils
   imu_utils的使用需要依賴code_utils，因此需要提前安裝。

cd ~/catkin_ws/src 
git clone https://github.com/gaowenliang/code_utils 
cd ~/catkin_ws 
catkin_make

在編譯之前需要對源碼進行修改：

方法一：
	在~/catkin_ws/src/code_utils/CMakeLists.txt中，添加：include_directories("include/code_utils")
方法二：
	修改~/catkin_ws/src/code_utils/src/sumpixel_test.cpp文件中的#include "backward.hpp"爲#include "code_utils/backward.hpp"

避免出現如下錯誤：

catkin_ws/src/code_utils/src/sumpixel_test.cpp:2:24: fatal error: backward.hpp: No such file or directory

3. 下載、編譯imu_utils

cd ~/catkin_ws/srcgit clone https://github.com/gaowenliang/imu_utils
cd ~/catkin_ws
catkin_make

4. 將vio_data_simulation-ros_version(提取碼: 7nua)文件拷貝到catkin_ws/src文件夾下
   修改vio_data_simulation-ros_version/src/gener_alldata.cpp中imu.bag的存儲路徑爲：

bag.open("./imu.bag", rosbag::bagmode::Write);

編譯源碼：

cd ~/catkin_ws
catkin_make

將ros空間的setup.bash路徑加入到~/.bashrc文檔裏，然後更新環境變量。
５．　生成包imu.bag

roscore
rosrun vio_data_simulation vio_data_simulation_node

若使用實際的imu數據，則讓IMU靜止不動兩個小時，錄製IMU的bag：

rosbag record /imu/data_raw -o imu120.bag

6. 寫launch文件
   進入 catkin_ws/src/imu_utils/launch文件夾，新建imu.launch文件：

<launch>
	<node pkg="imu_utils" type="imu_an" name="imu_an" output="screen">
		<param name="imu_topic" type="string" value= "/imu"/>
		<param name="imu_name" type="string" value= "imutest"/>
		<param name="data_save_path" type="string" value= "$(find
imu_utils)/data/"/>
		<param name="max_time_min" type="int" value= "120"/>
		<param name="max_cluster" type="int" value= "100"/>
	</node>
</launch>

重新編譯：

cd ~/catkin_ws
catkin_make

7. 生成Allan方差
   rosbag倍速回放imu.bag信息，並運行launch文件：

rosbag play -r 200 imu.bag
roslaunch imu_utils imu.launch

在imu_utils/data文件夾下，會生成txt文件：

輸出 imutest_imu_param.yaml，標定結果：

%YAML:1.0
---
type: IMU
name: imutest
Gyr:
   unit: " rad/s"
   avg-axis:
      gyr_n: 2.1242468924808286e-01
      gyr_w: 8.9158957577237447e-04
   x-axis:
      gyr_n: 2.1199186085293037e-01
      gyr_w: 9.6557877803019737e-04
   y-axis:
      gyr_n: 2.1266100348586117e-01
      gyr_w: 7.1610419763893990e-04
   z-axis:
      gyr_n: 2.1262120340545693e-01
      gyr_w: 9.9308575164798614e-04
Acc:
   unit: " m/s^2"
   avg-axis:
      acc_n: 2.6858987313912458e-01
      acc_w: 3.4777371017775806e-03
   x-axis:
      acc_n: 2.7331792677621103e-01
      acc_w: 3.4791089405732775e-03
   y-axis:
      acc_n: 2.6836114647319026e-01
      acc_w: 3.1182931634086398e-03
   z-axis:
      acc_n: 2.6409054616797251e-01
      acc_w: 3.8358092013508235e-03

8. 繪製Allan方差圖
   在catkin_ws/src/imu_utils/scripts文件夾中，有很多使用Matlab寫的.m文件，由於Ubuntu下安裝Matlab比較麻煩，因此將數據和.m文件拷貝到Windows系統下繪製。
   修改 draw_allan.m中文件路徑：
   
   
   參考：
   https://blog.csdn.net/orange_littlegirl/article/details/98077564
   https://blog.csdn.net/YunLaowang/article/details/95608107