Помогите с акселерометрами и гироскопами, навигация в 3-мерном пространстве Опции

[oligarch]

Всем доброго времени суток.
Я делаю прибор, который вычислял бы параметры траектории (протяженность пути, радиусы поворотов, высоту подъемов и тд) движения того, на чем он установлен. Я выбрал evaluation board с самым чувствительным 3-осевым аналоговым акселерометром от STMicroelectrnics. Начал с ней работать и понял, что одного акселерометра не достаточно. Он выдает проекции на три оси прилагаемых к нему сил, в том числе и силу тяжести. И получается так, что если плату начинаешь дергать-крутить-вертеть, то она выдает проекции результирующей силы (сила с которой мы ее дергаем + сила тяжести). Причем пока мы производим какие-то манипуляции с патой, то непонятно в какую сторону направлена эта сила тяжести. А чтобы точно посчитать траекторию, мне необходимо как то ибавиться от этой mg. Имеется ли какой-то датчик, который выдает ориентацию в пространстве? Тогда можно было бы просто с помощью него вычитать mg из суммы всех прилагаемых сил. Я подумал использовать гироскопы, это поможет? как они работают? или есть другие решения?
Спасибо.

P.S. измерения должны быть очень точными (до мм, а то и менее), поэтому GPS бессильна.

[do_it_self]

Здравствуйте!
на данный момент работаем над задачей определения координат объекта по средствам объединенной системы INS&GPS, во время отключения сигнала GPS. По сути, та же задача, что и тема данного топика. в качестве инерциальных датчиков берем дешевый МЕМС - ADIS16354 (примерно 500$), который содержит 3 акселерометра и 3 гироскопа.
вот как мы решаем эту задачу:
знаем угловые скорости, решаем кинематические уравнения(ур-я Пуассона), вычисляем кватернион,связывающий ориентацию нашей СК для бесплатформенной ИНС с ориентацией в геоцентрической СК, переходим непосредственно в эту СК, вычитаем в ней из показаний акселерометра по соответствующей оси g, интегрируем(один или 2 раза соответсвенно), получаем оценку местоположения.(вроде так, если ничего не напутал )+фильтрация.

одна из проблем, с которой столкнулись при решении! подскажите, опытные люди!(написал бы в личку, но не могу!((((( )
на данные с выхода всех датчиков влияют смещения этих датчиков и масштабные коэффициенты(о чем было сказано выше)(также шумы датчиков и кроссфакторы влияния осей, но об этом пока не думали).эти параметры для ADIS разные при каждом включении! то есть понятно, что данные вредные факторы надо оценивать-то есть калибровать прибор. возникает несколько вопросов: ну допустим откалибрую я датчики в лаборатории с помощью сложного стенда и замороченных методов калибровки, и что? при непосредственной установке на объект все значения "вредных факторов" будут другими. то есть надо проводить эту процедуру непосредственно перед началом движения. как это сделать, если прибор уже установлен на объект???
возможен другой вариант - в этом датчике (ADIS) предусмотрена функция автокалибровки. программируем соответствующие регистры в девайсе, ждем некоторое время - он выдает, во всяком случае, значения смещения по всем осям...можно ли ограничиться только этой процедурой? (мой ответ на этот же вопрос - нет, так как заводская калибровка, как я понял и на сколько смог разобраться с датчиками, не дает ни масштабных коэффициентов ни значения кроссфакторов, но в условиях непосредственно натурного эксперимента???) если да, то стоит ли тогда проводить процедуру лабораторной калибровки??? посоветуйте, если есть какие-либо идеи?!

И я не из тех, кто считает, что 2ое интегрирование решает проблему!:))) мы изучаем задачу уже не мало времени и с разных сторон!)

[klen]

ууууу....... как все запущено, ... от корки до корки прочитал, вставлю свои 3 копейки. начнем все с начала, как всегда

в теорию вдаватся не буду, похоже она тут не всем нужна по ряду разных иррациональных причин. сразу перейду у тому как нада сделать. сам морочусь это задачей 3 года. задачка провести аэродинамический летательный аппарат по маршруту.



1. Акселерометры выдают сигнал пропорциональный проекции суммы векторов ускорения и mg (почему ? это к создателю которго Гагарин в космосе должен был увидеть по мнению некоторых) на ось чувствительности.
2. МЕМs гироскопы (правеольнее называть СКОРОСТНЫЕ ГИРОСКОПЫ) выдают сигнал пропорциональный угловой скорости врашения оси чувствительности (кстате замдумайтесь над скользким вопросом - А В КАКОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ это врашение подразумевается, из ответа следует что покоющийся на земле трехосевой скоростной (да и обычный механический) будут давть по всем осям ненулевый! значения)
3. нам нужно !
измерить координаты в системе координат связанной с земдей( ортодромические или декартовые неважно )
измерить ориентацию осей платформы в этойже системе координат

вопрос вопрос - как из 1 и 2 сделать 3, ответ - НИКАК. почему - чтоб измерить относительную координату нада два раза проинтегрировать сигнал с акскелерометра, как уже сдесь разжУЖЁжовывано!!! в сигнале на входе интеграторов нада скомпенсировать составляющие mg... а чтоб их скомпенсировать нада снать ориентацию. фигня вопрос - у нас есть гироскопы - сбрасываем на мерной горизонтали инреграторы интегрируем один раз и получаем углы ориентации... используем их для расчета сигнала с акселерометров и.... хрена лысого, через минуту - несколько Ваша замечательная платформа скажет вам ЧТО ОНА ОКАЗЫВАЕТСЯ ДВИГАЕТСЯ В СТОРОНУ АЛЬДЕБАРАНА ПО КРАТЧАЙШЕМУ ПУТИ СКВОЗЬ ЗЕМЛЮ!! причина? в сигналах датчиков имеется ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЯ, в итоге эта ошибка интегрируется АЖ 3 раза один раз на гироскопах + 2 на акселерометрах. Че делать? вешатся!

теперь тонкие моменты которые вылезут если ВЫ умудритесь сделать СУПЕРМЕГАТУРБОКЛЕВЙ акселерометр и скоростной гироскоп в которых ошибка измерения будет нулевая думаете это Вам поможет, Вы действительно думаете что это спасет отцов русской демократии?? хрена лысого;
-нелзя полность учесть межканальное взаимодействие
-нельзя избавится от ошибок АЦП
-нельзя избавится от конечной полосы пропускания системы обработки сигнала с датчиков
-неизвестно описание поля гравитации на маршруте ( mg - это примитивная модель , не примитивная mg(X), где X - вектор координат платформы ). для начала вспомните что в 5 классе объясняли почему портрет Ленина на экваторе выгоднее запускать ракетой к Луне нежели с Байконура( кстате в космической отрасли у нас вполне обоснованные комплексы неполноценности по поводу места нашего ПМЖ). что приведет что компенсация mg будет опять с ошибкой.
-нельзя нельзя 1001 раз

А теперь посмотрим на что можно и как это работет на реальных образцах техники - вернее какого изврата приходится иметь чтобы хоть както ракета прилетела куда нада а не как глонасовские спутники с Потоном.

как борются с ошибками определения ориентации
ставять лазерные гироскопы - дают высокую точность но не избавляют от накопления ошибок
неизбежно для списания ошибок интегрирования вводят в навигационный комплекс дополнительные неавтономнеы каналы коррекци
a) радиотехничеческие ( РСДН РСБН СРНС(типа Глоннас по нашему) )
б) оптические - это так называеймые астрокоординаторы - работают по звездам, требуют очень точного источника времени.
в) по магнитному полю земли - в определенные моменты по нему можно ГНРУБО сбросить ошибки гироскопа
г) пирометрические - определяют фоновую температуру конуса диагарммы направленности - типа у земли и неба разные иемпературы излучения, если датчика 4 и они в горизоне то дифсигнал близок нулю при крене возникает разность и реализуется дискриминационная характеристика. неработають на малых высотах, неработают в условиях рельефа и тд.
д) ну еще есть теория из мира эфиродинамики - там дается ответ как померить абсалютную скорость относительно покоющегося эфира. (это тем кто дочитал для окончательного выноса мозга)

на ракетах которые не должны пользоватся внешними каналами - они будут падавлены противником ( GPS и Глоннас сугубо мирные технологии для бомбометания по верблюдам груженных коноплей, в случае всемирного шухера спутники будут выведены минут через 10 и никой спутниковой навигации и даже видимо радиосвязи не будет - все включат стнции радиолектронной брорьбы на мегаватные мощности и превеД! ) применяестя обычные платформы - но увод ее з подлетноее время просто обеспечивает промах менее заданного. Хотя вру, наши баллические ракеты привыходе в ближний космом васетаки по звездам корекцию производят а то они бы а америку попалиьы только вот в юную или севеную неизвестно.
на самолетах есть каналы коррекции - например у всех радиолокаторов в режиме 'по земле' есть "кнопка коррекция' - штурман видит кород.. о!!!! командир - этож Волгоград!!! куда нас занесло!! ... вижу электорстанцию... о! вижу на локаторе!! ввожу координаты плотины электностанции в новигационну систему!!! получаю локатором дальность и пеленг..... ИНС хавает это пересчитывает и корректирует интеграторы ...


недавече как в декабре имел в руках модуль микронавигации размером с полбуханки хлеба, сделн в России. я его спецально попрол продемонстрировать. вообщем в течении 10 секунд после запуска обеспечиват точность измерения углов непоню а координат с точность 3 сигма 0,5 см. после десятой секунды все разваливается - ошибка нарастает квадратично. модуль предназанчен для приема сигнала радиолокатором - для измерения фазового центра антенны чтоб собрать синал по времени и по частоте доплера. вот так, 10 секунд - и это несомненный успех!!

ну както так если в детали не вдаватся.... гдето мож чучуть неаврал но за базар отвечаю.

просто убежден что всех постигло понимание и бесссссспросветный оптимизм по поводу изготовления подводных лодок за 3 копейки дома с паяльником на болконе.