汽车航位推算 (DR) 导航系统使用陀螺仪(陀螺仪)来估计车辆的瞬时航向。这些信息与行驶距离相结合,使导航系统能够正确确定车辆的位置,即使在拥挤的市区或隧道中卫星信号被阻挡时也是如此。在DR导航中使用陀螺仪的一个主要挑战是卫星信号可能会长时间丢失,导致累积的角度误差变得太大而无法准确定位车辆。本文提供了一种解决此问题的简单方法。
灾难恢复导航的工作原理
DR导航的基本操作如图1所示。陀螺仪以度/秒为单位测量车辆的旋转速率。代表车辆瞬时航向的角度是通过对随时间变化的旋转速率进行积分来计算的。结合航向和行驶距离可以确定车辆的位置,如红线所示。
图1.灾难恢复导航的工作原理。
使用数字陀螺仪,积分速率可以表示为速率样本的总和乘以采样间隔:
其中ri 是陀螺仪感应的速率,n 是样本数,τ 是采样间隔。
随时间累积的角度误差可以表示为:
其中ei是每个样本的速率误差,n 是样本数,τ 是采样间隔。
根据公式,随着所需积分时间的延长,累积误差也越大,如图2所示。这些速率样本使用带有高性能角速率传感器ADXRS810的评估板进行测量,模拟DR导航系统,记录了3300个总速率样本。蓝线显示陀螺仪速率样本;红线显示累积的角度误差。很明显,累积的角度误差随着时间的推移而增加。
图2.使用ADXRS810评估板测量的速率。(注意:角度误差不是按比例计算的。
使用低通滤波器 (LPF) 缩短积分时间
减少角度误差的传统方法侧重于最小化en,但今天的数字陀螺仪已经具有非常低的速率误差规格。例如,ADXRS810具有80 LSB/°/sec的灵敏度、±2°/sec的偏移和0.03°/sec/g的抗冲击性,改进空间有限。此外,该算法补偿en很复杂。例如,与电子稳定控制(ESC)等其他应用相比,DR导航系统中的陀螺仪可以长时间运行,例如当车辆通过长隧道时GPS信号丢失时。在DR导航应用中,运行时间越长,累积的角度误差越大。
如果积分时间可以减少,它将显着减少累积的角度误差。当陀螺仪不旋转时,由于陀螺仪噪声,速率输出很小,但非零。ADXRS810实现了极低的陀螺仪噪声和极高的灵敏度,只需设置适当的阈值即可轻松滤除数字域中的噪声。这个过程等效于低通滤波,因为陀螺仪速率噪声与旋转引起的速率输出相比处于高频。
图3显示了图2的LPF版本,其中所有小于1°/s的速率样本都归零,因此在进行速率积分时被忽略。剩余的积分时间,被认为是有效的积分时间,仅占总积分时间的16%左右。这大大减少了集成时间。因此,累积的角度误差也显着降低,如红线所示。
图3.使用ADXRS810评估板和数字LPF测量速率。(注意:角度误差不是按比例计算的。
在实际应用中,车辆方向盘通常定位为零度。因此,陀螺仪速率的有效积分时间可以通过忽略它来减少,就像在图3中描述的实验中所做的那样。图4显示了实际车载测试的陀螺仪速率样本。通过隧道大约 180 秒,需要 180 秒才能进行速率积分。如果没有LPF过程,超过180秒的累积误差可能高达4°,这太大了,无法正确确定车辆在隧道中的位置。通过实施阈值为0.5°/秒的LPF工艺,有效积分时间缩短至仅84秒,减少了约53%。累积误差降至约0.5°,如图5所示。可以设置 LPF 阈值以达到特定应用所需的精度。
图4.未经过滤的车载陀螺仪速率样本。(注意:角度误差不是按比例计算的。
图5.LPF后的车载陀螺仪速率样本。(注意:角度误差不是按比例计算的。
结论
当今的数字陀螺仪具有出色的规格,因此提高性能的空间非常有限。在车辆DR导航系统和其他需要较长积分时间的应用中,设置LPF阈值以减少积分时间是提高精度的简单但有效的方法。
ADXRS810高性能、低成本数字陀螺仪采用ADI公司创新的MEMS技术,是车辆DR导航应用的理想选择。该器件采用非常小的封装,提供低失调、低噪声和高速率灵敏度。片内温度补偿,无需外部温度传感器,简化了温度补偿算法。其对冲击和振动的高抗扰度在汽车应用中非常重要。
关键字:积分时间 航位推算 导航系统 精度
引用地址:
缩短积分时间提高航位推算导航系统的精度
推荐阅读最新更新时间:2024-10-10 23:54
TRP-3003恒压恒流高精度直流稳压电源剖析
TRP-3003直流稳压电源具有恒压、恒流和完善的过载保护能力,由于厂方不提供图纸,笔者在维修中测绘出整电路,并列出常见故障及维修调整方法。 该稳压电源为恒压(CV)、恒流(CC),输出电压0~30V可调,输出负载电流0~3A可调,工作特性为恒压/恒流自动转换性,能随负载的变化在恒压与恒流状态之间连续转变,恒压与恒流方式之间的交点称为转换点。利用恒流特性对可充电池进行充电很方便。 一、工作原理 整机分四大块:串联型直流稳压电源,含调整放大和恒压电路;恒流调节和恒压恒流转换显示部分;基准稳压电源;变压器次级交流电压自动调整电路。 整机电路图如附图所示。 1. 串联型直流稳压电源和恒压电路。 主要由
[电源管理]
用于大型地震勘探网的高精度低功耗自检测数据采集系统
前言 在进行石油和天然气地震勘探时,整个勘探网格通常会建立 2,000到30,000个用于采集地壳内岩层反射波的节点。每个节点都有一个传感器、一套具备自检测功能的完整数据采集系统,以及一套将数据返回中央记录单元的遥感装置。这种应用的要求非常苛刻,需要高度线性的带宽动态范围在0.1 - 200Hz的数据采集系统。由于整个勘探网需要大量的节点,因此每个勘探节点的功耗必须很低,而且还要保证所有勘探节点能够保持同步运作。每个数据采集节点都由以下元件组成:一个地震检波器或水下听诊器(分别用于陆地勘探和水下勘探)、一个可编程增益放大器、一个品模数转换器、一个多功能抽样滤波器和一个用于校准和自检测的高精度数模转换器。目前,专家们已经成
[测试测量]
机器视觉检测设备影响测量精度的因素分析
近些年 机器视觉 系统应用已经的非常广泛,机器视觉系统的高精度、高检测效率、降低生产成本,深受企业青睐。再好的东西也会出现问题,机器视觉系统在使用过程中,由于各种因素的影响,测量精度会降低,给企业带来不便。今天我们就来讲讲影响机器视觉检测设备测量精度的因素有哪些,在遇到问题时能提供一些参考。 在一些机器视觉检测项目中,许多客户都遇到了检测精度的问题。例如,要求以10um的精度测量加工零件的外部尺寸、内径和外径。目前很多配置选择500万工业相机镜头头,理论上可以达到10um的精度。但是实际客户测试的精度离10um的要求还很远,能做到30um就很不错了。误差大的主要原因如下: 一、视觉检测设备硬件方面的选择 1、工业相机的
[嵌入式]
基于光电传感和路径记忆的智能车导航系统
基于路径记忆算法的转向及驱动控制策略,在电源管理、噪声抑制、驱动优化等方面也都进行了研究工作,通过大量的仿真试验、道路试验和基础性能测试,开发了基于光电传感和路径记忆的智能车导航系统,为整车系统的优良性能奠定了坚实基础。本文将从该智能车总体方案、路径识别方案选择、转向和驱动控制及路径记忆算法等方面进行介绍。 智能车总体方案 智能车系统以飞思卡尔公司的MC68S912DP256为核心,由电源模块、传感器模块、直流电机驱动模块、转向电机控制模块、控制参数选择模块、单片机模块等组成,如图1所示。智能车系统工作电压由+1.6V、+5V、7.2V三个系统混合组成,其中7.2V用于给驱动电机和转向舵机供电,5V给车速传感器、MCU以及光
[工业控制]
HP34401a实现高精度温度测量
老的HP34401a没有温度测量功能,在一些情况下使用非常不便。如果有pt100温度探头的话,可以配合做一个高精度温度记录仪,具备鸟枪换炮般的效果。 所需设备和辅材 HP 34401a 6位半数字万用表 铠装pt100温度探头带线 GPIB线缆 Agilent 82357B USB - GPIB 转换器 冰水混合物 1.如图所示连接好探头和GPIB线缆 2.运行MATLAB,编写程序进行仪器控制,并读取阻值进行转换,铂金电阻阻值与温度的关系如下图所示 为了解决零下的温度,需要求解一个4次方程,为简便期间,使用Matlab进行直接求解。 if(Resi R0) % 0 ~ 850℃ % 列出方程
[测试测量]
Sensirion宣布推出超高精度温湿度传感器SH45
作为一款在业界久经考验的温湿度传感器,Sensirion的SHT40在全球市场上提供了无与伦比的性价比。卷盘包装,并适用于标准SMD组装工艺,使SHT40成为大批量应用的理想选择。 SHT40基于全新优化的CMOSens芯片,提供超低功耗和业界领先的精度规格。Sensirion的CMOSens技术在单个芯片上提供了一个完整的传感器系统,具有完全校准的数字I2C接口。该传感器的工作范围为0至100%RH,支持-40°C至125°C,精度分别为±1.8%RH和±0.2°C。SHT40的供电电压范围从1.08 V到3.6 V,平均电流为400 nA,非常适合移动和电池驱动的应用。坚固的DFN外壳,但保持小尺寸,能够集成到具有挑战性的
[传感器]
廉价隔离型高精度D/A转换器
摘要: 介绍隔离型高精度D/A转换器的设计方法:由单片机89C52产生PWM,经过光电隔离和一个双RC电路,将数字信号转换为直流电压信号,再经过电压/电流转换电路(V/I),输出0~20mA电流信号;通过软件校正,达到较高的精度。 关键词: 89C52 PWM 电压/电流转换 在自动化仪表,电动组合仪表II型输出0~10mA的电流,III型输出4~20mA的电流。本文介绍的电路可以作为0~20mA的恒流源输出,因此适用性较广,可为各种仪器仪表输出标准电流,或者进行长距离的信号传输。本电路具有串行接口,易于构成网络测量和控制。同时应用光电隔离使本电路与输出电路隔离,从而解决了测量设备的共地问题,保证了测量设备的安全。
[模拟电子]
孔板流量计保证测量精度的措施
孔板流量计现场测量的时候,经常会由于一些客观的因素而导致测量结果误差较大,下面就给大家主要介绍下保证孔板流量计测量 精度的主要措施: 1,孔板流量计进行逐台标定。大家都知道,标准孔板只要设计制造参照相关标准,不需要实流标定就可以直接使用。因为流出系数可以直接由软件算出,但是计算机计算毕竟的比较理想的,和现场环境还是有一定差别的,所以,为了保证测量精度,建议对每台流量计进行实流标定,把标定出的流出系数和计算结果进行比对,算出差值,进行修正。 2,雷诺数修正,孔板流量计的流量系数和雷诺数之间有确定的关系,当质量流量变化时,雷诺数成正比变化,因而引起流量系数的变化。 3,温度对孔板流量计的影响及其修正,流体温度变化引起密度的变化,从
[测试测量]