Дослідження точності неортогональної конфігурації інерціальних датчиків

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.18372/1990-5548.84.20196

Ключові слова:

дисперсія Аллана, модуль MEMS, обробка даних, інерціальний датчик, неортогональна конфігурація

Анотація

У статті виконано дослідження точності неортогональної конфігурації інерціальних датчиків на основі дисперсії Аллана. Було оцінено вплив змін діапазону вимірювання блока інерціальних датчиків на дисперсію Аллана. На основі аналізу результатів оцінки дисперсії Аллана запропоновано процедуру вибору багатоосьових MEMS-датчиків з ідентичними характеристиками для створення інерціального неортогонального вимірювального приладу. Наведено приклад складання алгоритму обробки даних для інерціального вимірювального приладу з неортогональним розташуванням осей чутливості на основі складання 3-осьових MEMS-датчиків. Представлено результати моделювання для числових оцінок. Показано підвищення точності неортогональних інерціальних вимірювальних приладів на основі використанням дисперсії Аллана.

Біографії авторів

Ольга Андріївна Сущенко , Державний університет «Київський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук

Професор

Факультет аеронавігації, електроніки та телекомунікацій

Юрій Миколайович Безкоровайний , Державний університет «Київський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук

Доцент

Факультет аеронавігації, електроніки та телекомунікацій

Посилання

A. Rudyk, V. Rudyk, and M. Matei, “Research and simulation of the local navigation system of terrestrial mobile robot,” Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, vol. 10, no. 2. Politechnika Lubelska, pp. 56–61, Jun. 30, 2020, https://doi.org/10.35784/iapgos.928.

A. V. Rudyk, A. O. Semenov, N. Kryvinska, O. O. Semenova, V. P. Kvasnikov, and A. P. Safonyk, “Strapdown inertial navigation systems for positioning mobile robots—MEMS gyroscopes random errors analysis using Allan variance method,” Sensors, vol. 20, no. 17. MDPI AG, p. 4841, Aug. 27, 2020, https://doi.org/10.3390/s20174841.

A. V. Rudik, “Interconnection of estimating accuarcy of constant error of MEMS accelerometer with Allan variatnce,” Proceedings of Priazovsky State Technical University, issue 35, pp. 212–220, 2017.

O. A. Sushchenko, Y. N. Bezkorovainyi, and N. D. Novytska, “Theoretical and experimental assessments of accuracy of non-orthogonal MEMS sensor arrays,” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 3, no. 9 (93), pp. 40–49, 2018, https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.131945.

O. A. Sushchenko, Y. M. Bezkorovainyi, and V. O. Golitsyn, “Fault-tolerant inertial measuring instrument with neural network,” in Proc. IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine, 2020, pp. 797–801, https://doi.org/10.18372/1990-5548.77.18006.

L. Cheng, B. Yang, X. Guo, and X. Chen, “Design, analysis and simulation of a MEMS-based gyroscope with differential tunneling magnetoresistance sensing structure,” Sensors, vol. 20 (17), 2020, https://doi.org/10.3390/s20174919.

G. Patrizi, M. Carratù, L. Ciani, P. Sommella, M. Catelani, and A. Pietrosanto, "Analysis of inertial measurement units performances under dynamic conditions," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 72, pp. 1–13, 2023, Art no. 3520713, https://doi.org/10.1109/TIM.2023.3284957.

P. Tritschler, T. Hiller, T. Ohms, W. Mayer, and A. Zimmermann, "Sensor individual non-orthogonality correction in low-cost MEMS gyroscopes using neural networks," in Proc. 2023 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), Lihue, HI, USA, 2023, pp. 1–4, https://doi.org/10.1109/INERTIAL56358.2023.10103806.

L. Blocher et al., "Purely inertial navigation with a low-cost MEMS sensor array," in Proc. 2021 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), Kailua-Kona, HI, USA, 2021, pp. 1–4, https://doi.org/10.1109/INERTIAL51137.2021.9430468

T. Hiller, L. Blocher, M. Vujadinović, Z. Péntek, A. Buhmann, and H. Roth, "Analysis and compensation of cross-axis sensitivity in low-cost MEMS inertial sensors," in Proc. 2021 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), Kailua-Kona, HI, USA, 2021, pp. 1–4, https://doi.org/10.1109/INERTIAL51137.2021.9430454

A. Radi, B. Sheta, S. Nassar, I. Arafa, A. Youssef, and N. El-Sheimy, "Accurate identification and implementation of complicated stochastic error models for low-cost MEMS inertial sensors," in Proc. 2020 12th International Conference on Electrical Engineering (ICEENG), Cairo, Egypt, 2020, pp. 471–475, https://doi.org/10.1109/ICEENG45378.2020.9171742

V. Krizhanovski, V. Komarov, S. Serhiienko, and V. Kryzhanovskyi, "Application of Allan variance for data control in sensor networks," in Proc. 2021 IEEE 4th International Conference on Advanced Information and Communication Technologies (AICT), Lviv, Ukraine, 2021, pp. 88–91, https://doi.org/10.1109/AICT52120.2021.9628918.

T. Hiller et al., "Practical approaches to Allan deviation analysis of low-cost MEMS inertial sensors," in Proc. 2023 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), Lihue, HI, USA, 2023, pp. 1–4, https://doi.org/10.1109/INERTIAL56358.2023.10103985.

A. W. Lodhi and M. H. Shahab, "Calibration of MEMS sensors for precision measurement of acceleration, spin and attitude," in Proc. 2021 IEEE 32nd International Conference on Microelectronics (MIEL), Nis, Serbia, 2021, pp. 185–188, https://doi.org/10.1109/MIEL52794.2021.9569084.

B. Johnson et al., "Development of a navigation-grade MEMS IMU," in Proc. 2021 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), Kailua-Kona, HI, USA, 2021, pp. 1–4, https://doi.org/10.1109/INERTIAL51137.2021.9430466

Q. Zhang, X. Niu, and C. Shi, "Impact assessment of various IMU error sources on the relative accuracy of the GNSS/INS systems," IEEE Sensors Journal, vol. 20, no. 9, pp. 5026-5038, 1 May1, 2020, https://doi.org/10.1109/JSEN.2020.2966379.

O. A. Sushchenko, Y. N. Bezkorovainyi, and N. D. Novytska, “Dynamic analysis of non-orthogonal redundant inertial measuring units based on MEMS-sensors,” in Proc. 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology, (ELNANO-2018), Kyiv, Ukraine, April 24-26, 2018, pp. 464–469, https://doi.org/10.1109/ELNANO.2018.8477553.

O. A. Sushchenko, Y. N. Bezkorovainyi, and N. D. Novytska, “Non-orthogonal redundant configurations of inertial sensors,” in Proc. 2017 IEEE 4th International Conference on Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments (APUAVD 2017), Kyiv, Ukraine, 2018, October 17 – 19, pp. 73–78, https://doi.org/10.1109/APUAVD.2017.8308780.

O. A. Sushchenko, Y. M. Bezkorovainyi, and V. O. Golytsin, “Processing of redundant information in airborne electronic systems by means of neural networks,” in Proc. 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO-2019), Kyiv, Ukraine, April 16-18, 2019, pp. 652–655, https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783394.

O.Sushchenko, Y. Bezkorovainyi, V. Golitsyn, and F. Yanovsky, “Modelling possibility to increase measuring range of MEMS inertial unit,” in Proc. 2021 IEEE 16th International Conference on Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics, Lviv, Ukraine, February 22–26, 2021, pp. 10–14, https://doi.org/10.1109/CADSM52681.2021.9385260.

O. Sushchenko and Y. Bezkorovainyi, "Non-orthogonal Configuration of MEMS Sensors Analysis Based on Allan Variance," 2024 IEEE 42nd International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine, 2024, pp. 549–554, https://doi.org/10.1109/ELNANO63394.2024.10756830

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-30

Номер

Розділ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ