Самокалібрування масштабних коефіцієнтів та зміщень нуля вібраційних гіроскопів у русі

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.18372/1990-5548.69.16423

Ключові слова:

масштабний коефіцієнт, дрейф, віртуальна кутова швидкість, самокалібрування, коефіцієнт послаблення

Анотація

Пропонується новий спосіб періодичного самокалібрування масштабного коефіцієнта і зміщення нуля вібраційних гіроскопів у русі в інерціальному вимірювальному блоці з надмірною кількістю датчиків. Самокалібрування використовує заздалегідь задані віртуальні позитивні і негативні кутові швидкості для калібрування масштабного коефіцієнта та зміщення нуля гіроскопу, що калібрується, у той час як інші не менше трьох гіроскопів в інерційному вимірювальному блоці працюють у режимі вимірювання реальної кутової швидкості об'єкту. Проекція поточної кутової швидкості на вісь чутливості гіроскопу, що калібрується обчислюється за результатами вимірювання повного вектору кутової швидкості іншими трьома гіроскопами, створюючи умови для процедури калібрування. На відміну від відомих способів, таких як одно- або багатовісного обертання інерційного вимірювального блоку і реверсу мод коливань, запропонований спосіб не використовує механічне обертання, що вимагає додаткових пристроїв, а також не вимагає переорієнтацію вібраційної хвилі, що викликає необхідність вирівнювання параметрів двох вимірювальних каналів. Процедура калібрування масштабного коефіцієнта і зміщення нуля за цим способом може застосовуватися для декількох гіроскопів одночасно. Запропонований спосіб має велику перспективу застосування не тільки для малогабаритних 4-гіроскопних інерціальних вимірювальних блоків і для багато-гіроскопних інерціальних вимірювальних блоків, побудованих на гіроскопах на основі мікро-електро-механічних систем. Експериментально показано, що використовуючи запропонований спосіб, коефіцієнт послаблення вимог до гіроскопа може бути збільшений і може забезпечити високу точність для автономної навігації на дешевих малогабаритних  та мікро-електро-механічних гіроскопах.

Біографії авторів

Валерій Валеріанович Чіковані, Національній авіаційний університет

Кафедра аерокосмічних систем управління

Факультет аеронавігації, електроніки та телекомунікацій

Доктор технічних наук. Професор

Сергій Володимирович Головач, АТ Елміз, Київ

Головний конструктор гіроскопічних та навігаційних систем

Кандидат технічних наук

Посилання

D. Titterton and J. Weston, “Strapdown Inertial Navigation Technology,” The American Institute of Aeronautics and Astronautics, second edition, 2004. https://doi.org/10.1049/PBRA017E

Oliver J. Woodman, “An introduction to inertial navigation,” Technical Report, N. 696, UCAM-CL-TR-696, ISSN 1476-2986, UK, University of Cambridge, August, 2007, p. 37.

S. Nassar, “Improving the Inertial Navigation System (INS) Error Model for INS and INS/DGPS Applications,” Ph.D. Thesis, University of Calgary, Calgary, AB, Canada, 2003.

Q. Honghui and J. B. Moore, “Direct Kalman filtering approach for GPS/INS integration,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 38, Issue: 2, Apr, 2002, pp. 687–693. https://doi.org/10.1109/TAES.2002.1008998

B. Johan and S. Willem, “Kalman filter configurations for a low-cost loosely integrated inertial navigation system on an airship,” Control Engineering Practice, vol. 16, Issue 12, Dec, 2008, pp. 1509–1518. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2008.04.011

A. Noureldin, T. B. Karamat, M. D. Eberts, and A. El-Shafie, “Performance Enhancement of MEMS-Based INS/GPS Integration for Low-Cost Navigation Applications,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, Issue 3, March, 2009, pp. 1077–1096. https://doi.org/10.1109/TVT.2008.926076

V. V. Chikovani, “Laser device for three-axis orientation measurement with low sensitivity to gyro errors (computer simulation results),” Proc. SPIE Optical Engineering, vol. 34, no. 4, 1995, pp. 1008–1012. https://doi.org/10.1117/12.197150

J. Ban, L. Wang, Z. Liu, and L. Zha, “Self-calibration method for temperature errors in multi-axis rotational inertial navigation system,” Optics Express, vol. 28, no. 6/16, March, 2020, pp. 8909–8922. https://doi.org/10.1364/OE.384905

Q. Ren, B. Wang, Z., and M. Fu, “A multi-position self-calibration method Deng for dual-axis rotational inertial navigation system,” Sensors and Actuators A, 219, 2014, pp. 24–31. https://doi.org/10.1016/j.sna.2014.08.011

P. Gao, K. Li, L. Wang, and Z. Liu, “A self-calibration method for tri-axis rotational inertial navigation system,” Measurement Science and Technology, vol. 27, Oct., no. 11, 2016. https://doi.org/10.1088/0957-0233/27/11/115009

D. М. Rozelle, “Self-calibrating gyroscope system,” US Patent # 7912664, G01C 19/00, 22 March, 2011.

G. Casinovi, F. Ayazi, W. K. Sung, M. J. Dalal, A. N. P. Shirazi, “Method and apparatus for self-calibration of gyroscopes,” US Patent #9915532, G01C 25/00, 19/5776, 19/56, 13 March, 2018.

H. Gu, B. Zhao, H. Zhou, X. Liu, and W. Su, “MEMS Gyroscope Bias Drift Self-Calibration Based on Noise-Suppressed Mode Reversal,” Micromachines, 10, 823, 2019, pp. 1–17; https://doi.org/10.3390/mi10120823.

V. V. Chikovani and O. V. Petrenko, “Vibratory gyroscope scale factor multi-parametric calibration,” IEEE Proc. Intern. Conf. on Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC), NAU, Kyiv, Ukraine, Oct.14-17, 2014, pp. 129–131. https://doi.org/10.1109/MSNMC.2014.6979750

V. Chikovani, H. Tsiruk, and O. Korolova, “Triple-Mode Vibratory Gyroscope,” Military Technical Collection, Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy, Lviv, Ukraine, no. 18, 2018, pp. 18–24. https://doi.org/10.33577/2312-4458.18.2018.18-25

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Номер

Том 3 № 69 (2021)

Розділ

КОМП’ЮТЕРНА ІНЖЕНЕРІЯ

Ліцензія

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.

Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).