0、核心內容
主要介紹智能終端的導航相關傳感器,以及傳感器的數據處理方式方法
1、傳感器類別
(1)慣性傳感器
一般手機中的都會有慣性傳感器,但是不一定全,標配是6軸,其他的傳感器還包括陀螺儀、加速度計、磁力計、氣壓計、GPS 等
(2)典型器件型號:
BMA280、LIS3DH(加速度計3軸),近一成的中低端機型無陀螺儀
ICM-20600、LSM6DS3、MP67B、BMI160(6軸)
(3)各傳感器功能:
陀螺儀:測量三軸角速率
加速度計:測量三軸加速度
氣壓計:測量氣壓值換算海拔高度
磁力計:測量三軸地磁值
GPS:輸出經緯高、速度、航向、精度因子、星數等
2、傳感器誤差模型
陀螺儀:
陀螺儀的測量角速率𝝎m與真值 𝝎存在如下關係,𝒃爲隨機遊走噪聲,𝒏𝒓爲高斯白噪聲,隨機遊走用來表示陀螺的常值漂移在 一次啓動中不是常數而是隨時間緩慢變化的情況;
加速度誤差模型:
類似於陀螺儀
3、傳感器誤差校準方法
慣性器件一般具有零偏等誤差,並且 mems 類型的慣性器件誤差不穩,不容易標定校正準確,誤差校正過程可以大致看出傳感器性能。簡單的校正方法有以下一些。
A 陀螺儀校正方法:(對於2,3,均需要設備輔助)
1 零漂校正:
陀螺儀上電後,靜止下連續採集各軸輸出數據,取平均值,各軸平均 值不爲 0 的值,則爲零位偏移,實時採集數據時要減去零偏。(靜止標定)
2 比例校正:
需要小型轉檯工裝,陀螺儀繞某軸旋轉 90 度,看輸出轉動角度數,確定測量角度與實際 轉動角度的比例,實時採集數據時要乘以比例係數。
3、旋轉速率標定:
讓三軸轉檯以特定的速率分別繞X,Y,Z軸以固定的速率進行正反旋轉,並且將慣導測量的數據記錄下來,可以反解安裝誤差及比例誤差矩陣。
用上工裝的一般是批量生產,普通應用只能採用最基本的算法校正估計方式
B 加速度校正方式:
1 零偏校正:
上電後,水平靜止放置,測量該軸輸出值(重力加速度值),然後 180 度翻轉,測量該軸的反向輸出,通過兩個輸出值判斷零位偏移,三個軸都要進行分別測試。即,正反測試,看中心偏移。實 時採集數據時要減去零偏。
2 比例校正:
按照零偏校正中的數據採集方法,正反測試,看量程比例。對比實測 量程和真實測量量程來確定比例因子。實時採集數據時要乘以比例因子。
C 磁力計的校準
磁力計主要考慮地磁受到的干擾情況,一般需要在室外進行8字校準。在無人機上更是如此。此外磁傾角和磁偏角需要提前根據經緯度查找數據模型進行補償。磁力計干擾分爲兩種:硬鐵是由傳感器周圍的鐵磁體等帶來,軟鐵則指 電路中電流等對磁場的影響。磁羅盤的校正需要儘可能的採集三維空間中不同方向的磁 強度,硬鐵干擾帶來球心的偏移,軟鐵干擾帶來橢球變形。 汽車內電磁環境較爲複雜,所以汽車導航軟件一般會慎用或不直接用該傳感器的信息。