Инерционные Модули Измерения

Инерциальный измерительный блок (IMU) является группой датчиков, состоящей из акселерометра, измеряющего ускорение, и гироскопа, измеряющего скорость вращения. Часто для измерения магнитного поля Земли также включается магнитометр. Каждый из этих трех датчиков производит 3-осевое измерение, и эти три измерения составляют 9-осевое измерение.

Система ориентации и ссылки

Система Ratitude Heading and Reference System (AHRS) принимает показания 9-осевого датчика и вычисляет ориентацию устройства. Эта ориентация задана относительно системы координат, где N - направление Магнитного Севера. Блок AHRS в Simulink выполняет это с помощью косвенной структуры фильтра Калмана.

Система Simulink

Откройте модель Simulink, которая запирает данные датчика IMU

open_system('IMUFusionSimulinkModel');

Входы и строение

Входами к блоку IMU являются линейное ускорение устройства, скорость вращения и ориентация относительно навигационной системы координат. Ориентация имеет форму кватерниона (вектора 4 на 1 в Simulink) или матрицы вращения (матрицы 3 на 3 в Simulink), которая вращает величины в навигационной системе координат к каркасу кузова. В этой модели скорость вращения просто интегрирована, чтобы создать вход ориентации. Скорость вращения в рад/с и линейное ускорение в м/с ^ 2. Поскольку AHRS имеет только один вход, относящийся к перемещению (вход акселерометра), он не может различать силу тяжести и линейное ускорение. Поэтому алгоритм AHRS принимает, что линейное ускорение является медленно изменяющимся процессом белого шума. Это является общим предположением для 9-осевых алгоритмов слияния.

Истинный Север по сравнению с магнитным Севером

Параметр магнитного поля в диалоговом окне блока IMU может быть установлен на значение локального магнитного поля. Значения магнитного поля можно найти на веб-сайте NOAA или с помощью wrldmagm функция в Aerospace Toolbox™. Значения магнитного поля в диалоге блоков IMU соответствуют показаниям совершенного магнитометра, который ориентирован на истинный Север. Поэтому вход ориентации блока IMU относится к системе координат NED, где N является направлением истинного севера. Однако фильтр AHRS движется к Магнитному Северу, что характерно для этого типа фильтра. Поэтому вход ориентации в БИНС и предполагаемая ориентация на выходе AHRS отличаются углом наклона между Истинным Севером и Магнитным Севером.

Эта симуляция настройки для широты и долготы. Магнитное поле в этом месте установлено как [27.5550, -2.4169, -16.0849] microtesla в блоке IMU. Склонение в этом месте около

Симуляция

Симулируйте модель. Входную ориентацию БИНС и предполагаемую выходную ориентацию БИНС сравнивают с помощью кватернионного расстояния. Это предпочтительнее по сравнению с дифференцированием эквивалентов угла Эйлера, принимая во внимание особенности угла Эйлера.

sim('IMUFusionSimulinkModel');

Расчетная ориентация

Разница в оценочной и истинной ориентации должна быть почти равна склонению на этой широте и долготе.

Смещение гироскопа

Второй выход фильтра AHRS является показанием гироскопа с коррекцией смещения. В блоке IMU гироскопу давали смещение 0,0545 рад/с или 3,125 град/с, которое должно совпадать с установившимся значением в Gyroscope Bias блок scope.

Дальнейшие упражнения

Варьируя параметры в БИНС, вы должны увидеть соответствующее изменение ориентации на выходе БИНС. Можно задать параметры на блоке IMU так, чтобы они совпадали с реальным таблицей данных IMU и настроить параметры AHRS так, чтобы они соответствовали вашим требованиям.