极速30秒开奖技巧:如何解决角度误差过大而无法精确定位

电机控制设计加油站 ? 2018-07-04 09:10 ? 次阅读

极速快3是什么彩票 www.ln0d0.cn 汽车航位推算(DR)导航系统采用一个陀螺仪(gyro)来推算车辆的即时航向。借助该信息再加上行驶的距离,导航系统可以正确确定车辆的位置,即使卫星信号因拥挤的城区环境或隧道而受阻时亦是如此。在 DR 导航中使用陀螺仪的一个重大挑战是,卫星信号可能会丢失较长时间,结果使累积角度误差过大而无法精确定位车辆。本文为这个问题提出了一种简单的解决办法。

DR 导航的工作原理

图 1 所示为 DR 导航的基本工作原理。一个陀螺仪测量车辆的旋转速率,单位为度/秒。代表车辆即时航向的角度通过计算旋转速率的时间积分而求得。结合航向和行驶距离,可以确定车辆的位置,如图中的红线所示。

图 1. DR 导航的工作原理

使用数字陀螺仪时,积分速率可以表示为速率样本和与采样间隔之积:

其中,ri 为陀螺仪检测到的速率,n 为样本数,τ 为采样间隔。随时间累积的角度误差可以表示为:

其中,ei 为各样本的速率误差, n 为样本数, τ 为采样间隔。根据该公式,随着所需积分时间变长,累积误差变大,如图 2所示。这些速率样本(用带 ADXRS810 高性能角速率传感器的评估板测得)模拟的是共含有 3300 个速率样本的 DR 导航系统。蓝线表示陀螺仪速率样本;红线表示累积角度误差。显然,累积角度误差随时间而变大。

图 2. 使用 ADXRS810 评估板测得的速率。(注:角度误差未按比例绘制。)

用低通滤波器(LPF)缩短积分时间

降低角度误差的传统方法将重点放在减小 en上,但当今的数字陀 螺仪的速率误差规格已处于非常低的水平。例如,ADXRS810 的灵敏度为 80 LSB/°/秒,失调为±2°/秒,抗冲击性为 0.03°/秒/g ,改善空间有限。另外,en 的补偿算法非常复杂。与诸如电子稳定控制(ESC)等其他应用相比,DR 导航系统中的陀螺仪可以长期运行,例如车辆行驶通过长隧道时 GPS 信号就不会丢失。在 DR 导航应用中,较长的运行时间会导致角度误差变大。

如果可以缩短积分时间,则可以显著降低累积角度误差。当陀螺仪不旋转时,速率输出较小,但因陀螺仪噪声的影响,输出不是零。ADXRS810 具有超低的陀螺仪噪声和超高的灵敏度,只需设置相应的阈值,即可轻松过滤掉数字域中的噪声。这一过程等效于低通滤波,因为与旋转导致的速率输出相比,陀螺仪速率噪声处于高频区。

图 3 所示为图 2 的 LPF 版本,其中,小于 1°/s 的所有速率样本均归零处理,因此在速率积分时忽略不计。剩下的积分时间,被认为是有效积分时间,只相当于总积分时间的 16%左右。如此可以大幅缩短积分时间。结果,累积角度误差也显著降低,如图中的红线所示。

图 3. 使用 ADXRS810 评估板和数字 LPF 测得的速率。(注:角度误差未按比例绘制。)

图 4. 未经过滤的车载陀螺仪速率样本。(注:角度误差未按比例绘制。)

在实际应用中,车辆方向盘一般位于零度处。因此,可以通过忽略来减少陀螺仪速率的有效积分时间,如图 3 所示实验中所做的那样。图 4 所示为来自真实车载测试的陀螺仪速率样本。

在隧道中行驶大约 180 秒,则需要 180 秒的速率积分时间。如果不使用 LPF 过程,则 180 秒内累积的误差可能高达 4°,该值太大,导致无法正确确定车辆在隧道中的位置。采用 LPF过程,将阈值设为 0.5°/秒,则有效积分时间缩短至 84 秒,减幅达 53%左右。累积误差降至约 0.5°,如图 5 所示。设置 LPF阈值时,可以根据具体应用所需要的精度来定。

结论

如今的数字陀螺仪具有出色的规格特性,因此,其性能的提升余地有限。在车载 DR 导航系统以及要求长积分时间的其他应用中,通过设置 LPF 阈值来缩短积分时间是一种简单但有效的精度提升方法。

5. 使用 LPF 后的车载陀螺仪速率样本。(注:角度误差未按比例绘制。)

ADXRS810 高性能、低成本数字陀螺仪采用 ADI 公司的新型MEMS 技术,是车载 DR 导航应用的上佳选择。该陀螺仪采用超小型封装,具有低失调、低噪声和高速率灵敏度的特点。采用芯片集成温度补偿技术,无需使用外部温度传感器,同时简化了温度补偿算法。其超高的抗冲击和抗振动能力对汽车应用具有十分重要的意义。

作者简介

Ben Wang [[email protected]]是 ADI 公司中国深圳的现场应用工程师(FAE),毕业于湖南大学。他于 2009 年 6 月加入 ADI 公司,此前在National Semiconductor 工作过六年。

原文标题:缩短积分时间可以提高航位推算导航系统的精度

文章出处:【微信号:motorcontrol365,微信公众号:电机控制设计加油站】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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