JP2015148450A - Sensor error correction device, imu calibration system, imu calibration method, and imu calibration program - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、慣性姿勢計測装置(Intertial Measurement Unit)に備えられた慣性センサの計測データの誤差を補正するセンサ誤差補正装置、該センサ誤差補正装置を含むIMU較正システムに関する。 The present invention relates to a sensor error correction device that corrects an error in measurement data of an inertial sensor provided in an inertial posture measurement device (Intermediate Measurement Unit), and an IMU calibration system including the sensor error correction device.
従来、角速度センサ(ジャイロセンサ)や加速度センサ等の慣性センサを用いて、移動体の姿勢を検出する慣性姿勢計測装置が各種考案されている。慣性姿勢計測装置は、Intertial Measurement Unitのことであり、一般的にIMUの略称で表されている。 Conventionally, various inertial posture measuring devices that detect the posture of a moving body using an inertial sensor such as an angular velocity sensor (gyro sensor) or an acceleration sensor have been devised. The inertial posture measuring device is an International Measurement Unit, and is generally represented by an abbreviation of IMU.
このようなIMUでは、慣性センサの計測データ(角速度や加速度)に含まれる誤差や、IMUに対する慣性センサの取付角度による誤差等により、計測する姿勢に誤差が生じることが知られている。 In such an IMU, it is known that an error is caused in the posture to be measured due to an error included in measurement data (angular velocity or acceleration) of the inertial sensor, an error due to an attachment angle of the inertial sensor with respect to the IMU, or the like.
このような誤差の影響を無くすために、慣性センサの出力値を較正してから姿勢計測を行っていた。例えば、特許文献1では、移動体に装着されたジャイロセンサと、当該移動体を発射する移動母体に装着されたジャイロセンサとの物理的な角度差を検出している。そして、物理的な角度差に基づいて、移動体に装着されたジャイロセンサのバイアス誤差を算出している。
In order to eliminate the influence of such errors, posture measurement was performed after the output value of the inertial sensor was calibrated. For example, in
しかしながら、上述の特許文献1に示す較正方法では、IMUにおけるバイアス誤差しか較正することができず、高精度な姿勢計測結果を得ることが難しい。また、移動体のジャイロセンサ、移動母体のジャイロセンサ、および較正処理を行う装置の他に、物理的な角度を検出する手段を別途設けなければならない。
However, in the calibration method shown in
したがって、本発明の目的は、IMU出力のみを用いて、較正対象のセンサの誤差をより高精度に補正することができるセンサ誤差補正装置および、当該センサ誤差補正装置を備えるIMU較正システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor error correction apparatus capable of correcting an error of a sensor to be calibrated with higher accuracy using only an IMU output, and an IMU calibration system including the sensor error correction apparatus. There is.
この発明のセンサ誤差補正装置は、高精度IMUが装着された第1移動体と高精度IMUのセンサよりも精度の低いセンサを備える較正対象IMUが装着された第2移動体とが一体に移動する第1移動態様と、該第1移動態様に続く移動態様であり前記第1移動体と前記第2移動体とが分離して移動する第2移動態様とを有し、較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正する誤差補正部を備える。誤差補正部は、第1移動態様では高精度IMUの計測データと較正対象IMUの計測データとから継続的に算出された較正対象IMUに備えられたセンサの計測データに含まれるバイアス誤差、スケールファクタ誤差、およびミスアライメント誤差を用いて、較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを継続的に補正する。誤差補正部は、第2移動態様では第1移動態様から第2移動態様に移行するタイミングで得られたバイアス誤差、スケールファクタ誤差、およびミスアライメント誤差を用いて、較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正する。 In the sensor error correction apparatus according to the present invention, the first moving body on which the high-precision IMU is mounted and the second moving body on which the calibration target IMU having a sensor with lower accuracy than the sensor of the high-precision IMU moves integrally. And a second movement mode that is a movement mode following the first movement mode in which the first moving body and the second moving body move separately, and is provided in the calibration object IMU. An error correction unit for correcting measurement data of the obtained sensor. In the first movement mode, the error correction unit includes a bias error and a scale factor included in the measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU continuously calculated from the measurement data of the high-precision IMU and the measurement data of the calibration target IMU. The measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU is continuously corrected using the error and the misalignment error. In the second movement mode, the error correction unit uses the bias error, the scale factor error, and the misalignment error obtained at the timing of shifting from the first movement mode to the second movement mode. Correct the measured data.
この構成では、高精度IMUと較正対象IMUが同じ移動態様にある期間に、高精度IMUのリファレンス計測値を用いて、較正対象IMUのセンサの計測データを高精度に補正することができる。そして、較正対象IMUが装着された第2移動体が、高精度IMUが装着された第1移動体と別の移動態様になっても、較正対象IMUは高精度を維持することができる。 In this configuration, the measurement data of the sensor of the calibration target IMU can be corrected with high accuracy using the reference measurement value of the high accuracy IMU during the period in which the high accuracy IMU and the calibration target IMU are in the same movement mode. And even if the 2nd mobile body with which the calibration object IMU was mounted | worn becomes another movement mode with the 1st mobile body with which the high precision IMU was mounted | worn, the calibration object IMU can maintain high precision.
また、この発明のセンサ誤差補正装置では、計測データは、加速度と角速度を含む。誤差補正部は、高精度IMUの計測データの計測位置と較正対象IMUの計測データの計測位置との相対位置の差によって生じる較正対象IMUの加速度に含まれる誤差を補正するレバーアーム効果補正部を、備える。 In the sensor error correction apparatus of the present invention, the measurement data includes acceleration and angular velocity. The error correction unit includes a lever arm effect correction unit that corrects an error included in the acceleration of the calibration target IMU caused by a difference in relative position between the measurement position of the measurement data of the high-precision IMU and the measurement position of the measurement data of the calibration target IMU. Prepare.
この構成では、高精度IMUと較正対象IMUとの間に距離があっても、較正対象IMUに備えられたセンサの加速度を高精度に補正することができる。 In this configuration, even if there is a distance between the high accuracy IMU and the calibration target IMU, the acceleration of the sensor provided in the calibration target IMU can be corrected with high accuracy.
この発明によれば、リファレンスのIMUと較正対象のIMUの出力のみを用いて、較正対象IMUの較正をより高精度に行うことができる。そして、高精度に較正されたIMUを用いて高精度な姿勢計測を行うことができる。 According to the present invention, the calibration of the calibration target IMU can be performed with higher accuracy by using only the output of the reference IMU and the calibration target IMU. Then, it is possible to perform posture measurement with high accuracy using an IMU calibrated with high accuracy.
本発明の第1の実施形態に係るIMU較正システムおよびIMU較正方法について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るIMU較正システムの概略構成図である。 An IMU calibration system and an IMU calibration method according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an IMU calibration system according to the first embodiment of the present invention.
IMU較正システム1は、リファレンスIMUとなる高精度IMU11R、較正対象IMU21、および、IMU誤差算出部31を備える。高精度IMU11RおよびIMU誤差算出部31は、飛行機910に装備されている。較正対象IMU21は、ロケット920に装備されている。
The
ロケット920は、初期状態では飛行機910に装着されており、飛行機910によって所定高度まで搬送される。飛行機910が本発明の「第1移動体」に相当する。また、ロケット920が本発明の「第2移動体」に相当する。ロケット920と飛行機910が一体で移動する態様が本発明の「第1移動態様」に相当する。ロケット920は、所定高度に達すると、飛行機910から切り離され、以後は自機で発生する推進力によって、宇宙空間まで到達する。このロケット920と飛行機910が別体で移動する態様が本発明の「第2移動態様」に相当する。
The
高精度IMU11Rに備えられた慣性センサは、較正対象IMU21に備えられた慣性センサよりも高精度な計測が可能である。したがって、高精度IMU11Rは、較正対象IMU21よりも高精度な姿勢計測を行うことができる。例えば、高精度IMU11Rは地球の自転による角速度や加速度も含んで高精度な姿勢計測を行える。
The inertial sensor provided in the high-
高精度IMU11Rおよび較正対象IMU21は、同じ慣性力に基づく計測値を計測することができる。例えば、高精度IMU11Rおよび較正対象IMU21は、ともに少なくとも加速度を検出できる。また、例えば、高精度IMU11Rおよび較正対象IMU21は、ともに少なくとも角速度を検出できる。また、例えば、高精度IMU11Rおよび較正対象IMU21は、ともに加速度と角速度の両方を検出できる。
The high-
ロケット920が飛行機910に装着されている状態では、高精度IMU11Rおよび較正対象IMU21は、IMU誤差算出部31に接続されている。高精度IMU11Rおよび較正対象IMU21は、計測値(角速度や加速度)を、IMU誤差算出部31に出力する。以下、高精度IMU11Rからの計測値を、リファレンス計測値と称する。このリファレンス計測値が、本発明の「高精度IMUの計測データ」に相当する。また、較正対象IMU21からの計測値を、較正対象計測値と称する。この較正対象計測値が、本発明の「較正対象IMUの計測データ」に相当する。
In a state where the
IMU誤差算出部31は、較正対象計測値とリファレンス計測値とを用いて、較正対象IMU21に対するミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差を、所定のサンプリングタイミング毎に順次算出する。なお、より具体的なIMU較正方法については後述する。IMU誤差算出部31は、算出したミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差を、較正対象IMU21に順次与える。
The IMU
図2は、本発明の第1の実施形態に係るIMU較正システムの構成を示すブロック図である。図2に示すように、較正対象IMU21は、慣性センサ211、バイアス誤差補正部212、スケールファクタ誤差補正部213、および、ミスアライメント誤差補正部214を備える。バイアス誤差補正部212、スケールファクタ誤差補正部213、および、ミスアライメント誤差補正部214からなる部分が、本発明の「誤差補正部」に相当する。慣性センサ211は、加速度センサおよび角速度センサの少なくとも一方を備える。慣性センサ211の出力端はバイアス誤差補正部212の入力端に接続する。バイアス誤差補正部212の出力端は、スケールファクタ誤差補正部213の入力端に接続する。スケールファクタ誤差補正部213の出力端は、ミスアライメント誤差補正部214の入力端に接続する。ミスアライメント誤差補正部214の出力端は、IMU誤差算出部31に接続する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the IMU calibration system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the calibration object IMU 21 includes an
較正対象IMU21は、IMU誤差算出部31から順次与えられたミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差を用いて、バイアス誤差補正部212、スケールファクタ誤差補正部213、および、ミスアライメント誤差補正部214で、慣性センサ211の出力値を順次補正する。この補正は第1移動態様の間、継続的に行われる。このように、姿勢誤差を構成する三種類の誤差を用いて、較正対象の慣性センサ211の計測値に含まれる誤差を補正することで、補正後には、較正対象IMU21から出力される計測値は、高精度な値となる。すなわち、較正対象IMU21は、高精度な姿勢検出が可能なように較正される。
The
ロケット920が飛行機910から切り離され、較正対象IMU21がIMU誤差算出部31から切り離されると、IMU誤差算出部31からミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差が較正対象IMU21に入力されなくなる。較正対象IMU21は、ロケット920が飛行機910から切り離されたタイミング以降の期間(第2移動態様の期間)では、最終的に入力された誤差による補正値を記憶しておき、当該記憶した補正値で慣性センサ211の計測値を補正し続ける。これにより、ロケット920が飛行機910から切り離され以降も、較正対象IMU21を、高精度に較正し続けることができる。
When the
このように、較正後の較正対象IMU21から出力される姿勢の計測値は高精度であるので、ロケット920が飛行機910から切り離されても、ロケット920は、高精度な軌道で推進することができる。
Thus, since the attitude measurement value output from the
また、このIMU較正システム1では、高価な高精度IMU11Rが飛行機910に装備され、較正されていなければ高精度IMU11Rよりも精度が低く、安価な較正対象IMU21がロケット920に装備されている。したがって、高価な高精度IMU11Rは、何回も使用可能であり、宇宙空間等の回収不能な場所に放出するIMUに、安価な較正対象IMU21を用いることができる。
Further, in this
ここで、本実施形態に係るIMU較正システムにおけるIMU較正方法の具体的な処理について、図3を参照して説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係るIMU較正方法を示すフローチャートである。 Here, specific processing of the IMU calibration method in the IMU calibration system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart illustrating the IMU calibration method according to the first embodiment of the present invention.
IMU誤差算出部31は、較正対象IMU21と高精度IMU11Rとが一体で移動中に、較正対象計測値とリファレンス計測値とを順次取得する(S101)。
The IMU
IMU誤差算出部31は、時間的に変化しないミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を未知数とする方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、較正対象計測値とリファレンス計測値を観測値(既知数)として方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、この方程式に対して、経時的に順次取得できる較正対象計測値とリファレンス計測値とを観測値(既知数)として代入することで、ミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を推定算出する(S102)。例えば、IMU誤差算出部31は、カルマンフィルタ等の状態推定処理や最小二乗法を用いて、ミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を算出する。
The IMU
IMU誤差算出部31は、算出した上述の三種類の誤差を、較正対象IMU21にフィードバックし、較正対象IMU21は、フィードバックされた誤差を用いて較正される(S103)。
The IMU
このような処理を実行することで、較正対象IMUに用いられた慣性センサの計測精度が低く安価なものであっても、上述のように高精度に較正が行われた状態で使用することができる。すなわち、安価であって計測精度が高精度に補償されたIMUとして使用できる。 By executing such processing, even if the measurement accuracy of the inertial sensor used for the calibration target IMU is low and inexpensive, it can be used in a state where calibration is performed with high accuracy as described above. it can. That is, it can be used as an IMU that is inexpensive and compensates for measurement accuracy with high accuracy.
次に、本実施形態における具体的なIMU較正の理論について説明する。なお、以下では、状態推定方程式を用いる場合、特にカルマンフィルタを用いる場合について、説明する。また、以下では、直交三軸において、X軸が特定の移動方向に平行な軸(例えば飛行機910の前後方向)、Y軸が移動方向(X軸)に直交する方向に平行な軸(例えば飛行機910の横方向)、Z軸が移動方向(X軸)およびY軸に直交する軸としている。さらに、X軸は前進方向を正方向とし、Y軸は右方向を正方向とし、Z軸は下方向を正方向としている。 Next, a specific theory of IMU calibration in this embodiment will be described. In the following, a case where a state estimation equation is used, particularly a case where a Kalman filter is used will be described. In the following, in the three orthogonal axes, the X axis is an axis parallel to a specific movement direction (for example, the longitudinal direction of the airplane 910), and the Y axis is an axis parallel to a direction orthogonal to the movement direction (X axis) (for example, an airplane) 910 horizontal direction), the Z axis is the axis perpendicular to the moving direction (X axis) and the Y axis. Further, the X axis has the forward direction as the positive direction, the Y axis has the right direction as the positive direction, and the Z axis has the downward direction as the positive direction.
(A)ジャイロセンサ(角速度センサ)の場合
まず、較正対象IMU21の誤差モデルから、観測モデルを導出する。較正対象IMU21で計測した角速度ωmesに含まれる誤差は、主にミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差である。したがって、直交三軸の内、一軸での角速度ω1mesにおいて、当該一軸方向のバイアス誤差をΔBiωとし、当該一軸方向のスケールファクタ誤差をΔsfωとすると、次式のように表すことができる。ここで、ωrealは真の角速度である。
(A) Gyro sensor (angular velocity sensor) First, an observation model is derived from the error model of the
この式は、バイアス誤差ΔBiωとスケールファクタ誤差Δsfωの乗算値が、他の項よりも十分に小さくなるので、次に示すように近似できる。 This equation can be approximated as follows because the product of the bias error ΔBi ω and the scale factor error Δsf ω is sufficiently smaller than the other terms.
高精度IMU11Rの座標系と較正対象IMU21の座標系とのミスアライメント角をΘとした時の変換行列Ctrmes refは、次式で表すことができる。なお、Cmes refは、既知の取付角の座標変換行列、すなわち、高精度IMU11Rの飛行機910に対する取付角の座標変換行列である。
The transformation matrix Ctr mes ref when the misalignment angle between the coordinate system of the
なお、ここで、Iは単位行列である。また、S(Θ)は、X軸のミスアライメント角をΔψ、Y軸のミスアライメント角をΔθ、Z軸のミスアライメント角をΔφとして、次式から得られる。 Here, I is a unit matrix. Also, S (Θ) is obtained from the following equation, where the misalignment angle of the X axis is Δψ, the misalignment angle of the Y axis is Δθ, and the misalignment angle of the Z axis is Δφ.
(式1)、(式2)より、上述のミスアライメント誤差、バイアス誤差、スケールファクタ誤差を含んだ直交三軸での角速度計測値ωmesの観測モデルは、次式で表される。 From (Equation 1) and (Equation 2), an observation model of the angular velocity measurement value ω mes in three orthogonal axes including the above-described misalignment error, bias error, and scale factor error is expressed by the following equation.
ここで、二次項以下の値は微少なものとすると、さらに次式で表される。 Here, if the value of the second order term or less is very small, it is further expressed by the following equation.
高精度IMU11Rで計測した角速度をωrefとし、当該高精度IMU11Rの観測ノイズをνとすると、次式が得られる。
When the angular velocity measured by the
したがって、(式refA)と(式3)を用いて、直接観測できない真の角速度ωrealを消去すると、次式が得られる。 Therefore, when the true angular velocity ω real that cannot be directly observed is eliminated using (Expression refA) and (Expression 3), the following expression is obtained.
観測値zとして、高精度IMU11の計測した角速度ωrefから、較正対象IMU21の計測した角速度ωmesを減算した値を用いる。これにより観測ノイズの影響を抑圧する。すなわち、z=ωref−ωmesとする。このように設定された観測値zに対して、次に示すように観測行列を設定することができる。
As the observed value z, a value obtained by subtracting the angular velocity ω mes measured by the
ここで、xは状態変数ベクトルであり、X軸、Y軸、Z軸のミスアライメント角をそれぞれΔψω、Δθω、Δφωとし、X軸、Y軸、Z軸のバイアス誤差をそれぞれΔBixω、ΔBiyω、ΔBizωとし、X軸、Y軸、Z軸のスケールファクタ誤差をそれぞれΔsfxω、Δsfyω、Δsfzωとすると、次式で表される。 Here, x is a state variable vector, the misalignment angles of the X-axis, Y-axis, and Z-axis are respectively Δψ ω , Δθ ω , Δφ ω, and the bias errors of the X-axis, Y-axis, and Z-axis are respectively ΔBix ω , DerutaBiy omega, and ΔBiz ω, X-axis, Y-axis, respectively the scale factor error in the Z-axis Δsfx ω, Δsfy ω, when the Derutasfz omega, is expressed by the following equation.
また、高精度IMU11で計測した角速度ωrefのX軸成分、Y軸成分、Z軸成分をそれぞれωrefx、ωrefy、ωrefzとすると、変換行列Hは次のように表される。 If the X-axis component, Y-axis component, and Z-axis component of the angular velocity ω ref measured by the high-precision IMU 11 are ω refx , ω refy , and ω refz , the transformation matrix H is expressed as follows.
なお、Cmes refは次式となる。 C mes ref is expressed by the following equation.
次に、システムモデルを導出する。
システムモデルは、wをシステム誤差として、次式で表される。
Next, a system model is derived.
The system model is expressed by the following equation, where w is a system error.
ここで、上述の状態変数xは、ミスアライメント誤差、バイアス誤差、スケールファクタ誤差からなるので、時間に関係なく一定と仮定することが可能である。したがって、A=0、B=0と定義できる。
そして、(式5)を離散系で表すと、次式となる。
Here, since the state variable x described above includes a misalignment error, a bias error, and a scale factor error, it can be assumed to be constant regardless of time. Therefore, it can be defined that A = 0 and B = 0.
And when (Expression 5) is expressed in a discrete system, the following expression is obtained.
これにより、状態モデル式は、次式となる。 Thereby, the state model formula becomes the following formula.
これらの状態モデル式をカルマンフィルタに適用することで、状態変数xで表される角速度によるIMU誤差を計測することができる。 By applying these state model equations to the Kalman filter, the IMU error due to the angular velocity represented by the state variable x can be measured.
なお、カルマンフィルタの観測更新は、既知の通り、以下の式で表される。 Note that the observation update of the Kalman filter is represented by the following equation, as is known.
また、カルマンフィルタの時間更新は、既知の通り、以下の式で表される。 Further, the time update of the Kalman filter is represented by the following equation as is known.
(B)加速度センサの場合
加速度の誤差計測の場合も、基本的には角速度の誤差計測と同様にカルマンフィルタを適用することができる。ただし、加速度の場合、レバーアーム効果が加わるため、そのための補正項を追加する必要がある。したがって、以下では、加速度の誤差計測と角速度の誤差計測での異なる箇所を具体的に説明し、上述の角速度の誤差計測処理を流用できる箇所は、説明を省略する。
(B) In the case of an acceleration sensor Also in the case of measuring an error in acceleration, a Kalman filter can be applied basically in the same manner as in measuring an error in angular velocity. However, in the case of acceleration, since the lever arm effect is added, it is necessary to add a correction term for that purpose. Therefore, in the following, different points in the error measurement of acceleration and the error measurement of angular velocity will be specifically described, and the description of the portions where the above-described angular velocity error measurement processing can be diverted will be omitted.
まず、較正対象IMU21の誤差モデルから、観測モデルを導出する。較正対象IMU21で計測した加速度amesに含まれる誤差は、主にミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差である。したがって、直交三軸の内、一軸での角速度a1mesは、当該一軸方向のバイアス誤差をΔBiaとし、当該一軸方向のスケールファクタ誤差をΔsfaとすると、次式のように表すことができる。ここでarealは真の加速度である。
First, an observation model is derived from the error model of the
この式は、バイアス誤差ΔBiaとスケールファクタ誤差Δsfaの乗算値が、他の項よりも十分に小さくなるので、次に示すように近似できる。 This expression is the multiplication value of the bias error DerutaBi a and scale factor error Derutasf a is, since sufficiently smaller than the other terms can be approximated as follows.
そして、上述の角速度の場合と同様に、直接観測できない真の角速度arealを消去する処理を行うことで、次式が得られる。 Then, as in the case of the angular velocity described above, the following equation is obtained by performing a process of eliminating the true angular velocity a real that cannot be observed directly.
ここで、観測値zとして、リファレンスIMU11Rの計測した加速度arefから、較正対象IMU21の計測した加速度amesを減算した値を用いる場合、レバーアーム効果を考慮する。
Here, when the value obtained by subtracting the acceleration a mes measured by the
具体的には、高精度IMU11Rの位置を基準位置として、較正対象IMU21の相対位置をPmesと設定する。相対位置Pmesは、X軸成分、Y軸成分、Z軸成分に分解でき、それぞれPmesx、Pmesy、Pmeszである。
Specifically, the relative position of the
ここで、レバーアーム補正値をAAとすると、レバーアーム補正値AAは、相対位置Pmesと、高精度IMU11Rで計測したリファレンス角速度ωrefに依存する。
Here, assuming that the lever arm correction value is AA, the lever arm correction value AA depends on the relative position P mes and the reference angular velocity ω ref measured by the
したがって、加速度の場合、観測値zは、次式で表される。 Therefore, in the case of acceleration, the observed value z is expressed by the following equation.
この(式4’)の観測値zを用いることで、状態変数xで表される加速度によるIMU誤差を計測することができる。 By using the observed value z of (Expression 4 ′), the IMU error due to the acceleration represented by the state variable x can be measured.
なお、高精度IMU11Rの位置と較正対象IMU21の位置とが近接している場合や、角速度が生じる動作が十分に遅く、位置関係により二点の角速度が殆ど変化しないような場合には、レバーアーム補正値を用いず、上述の角速度の場合と同じ方法で、加速度によるIMU誤差を計測することができる。
When the position of the high-
以上のように、本実施形態の方法を用いることで、角速度センサや加速度センサの出力のみを用いて、計測値に含まれるミスアライメント誤差、バイアス誤差、およびスケールファクタ誤差を、高精度に計測することができる。この計測した誤差を用いることにより、較正対象IMUの較正を高精度に行うことができる。 As described above, by using the method of this embodiment, the misalignment error, the bias error, and the scale factor error included in the measurement value are measured with high accuracy using only the output of the angular velocity sensor or the acceleration sensor. be able to. By using the measured error, the calibration target IMU can be calibrated with high accuracy.
次に、上述のIMU較正方法を実現するためのIMU較正システムの較正を、図2を用いて、より具体的に説明する。 Next, calibration of the IMU calibration system for realizing the above-described IMU calibration method will be described more specifically with reference to FIG.
IMU誤差算出部31には、リファレンス計測値OVrと較正対象計測値OVmとが入力される。IMU誤差算出部31は、リファレンス計測値OVrと後述の誤差補正後の較正対象計測値OVmに基づいて、ミスアライメント誤差[Δψ,Δθ,Δφ]、バイアス誤差[ΔBix,ΔBiy,ΔBiz]、スケールファクタ誤差[Δsfx,Δsfy,Δsfz]を推定算出する。
The IMU
IMU誤差算出部31は、バイアス誤差[ΔBix,ΔBiy,ΔBiz]を、バイアス誤差補正部212にフィードバックする。バイアス誤差補正部212は、フィードバックされたバイアス誤差を用いて、慣性センサ211からの出力値を補正し、スケールファクタ誤差補正部213に出力する。
The IMU
IMU誤差算出部31は、スケールファクタ誤差[Δsfx,Δsfy,Δsfz]をスケールファクタ誤差補正部213にフィードバックする。スケールファクタ誤差補正部213は、フィードバックされたスケールファクタ誤差を用いて、バイアス誤差補正部212からの出力値を補正し、ミスアライメント誤差補正部214に出力する。
The IMU
IMU誤差算出部31は、ミスアライメント誤差[Δψ,Δθ,Δφ]をミスアライメント誤差補正部214にフィードバックする。ミスアライメント誤差補正部214は、フィードバックされたミスアライメント誤差を用いて、スケールファクタ誤差補正部213からの出力値を補正し、誤差補正後の較正対象計測値OVmとして出力する。
The IMU
このような誤差推定と誤差補正のループ処理を繰り返すことで、各誤差は収束し、ミスアライメント誤差[Δψ,Δθ,Δφ]、バイアス誤差[ΔBix,ΔBiy,ΔBiz]、スケールファクタ誤差[Δsfx,Δsfy,Δsfz]を高精度に推定算出することができる。そして、較正対象IMU21から出力される較正対象計測値OVmを、リファレンス計測値OVrと同等の精度にすることができる。
By repeating such error estimation and error correction loop processing, each error converges, misalignment errors [Δψ, Δθ, Δφ], bias errors [ΔBix, ΔByy, ΔBiz], and scale factor errors [Δsfx, Δsfy]. , Δsfz] can be estimated and calculated with high accuracy. The calibration target measurement value OVm output from the
次に、慣性センサが角速度センサの場合と、慣性センサが加速度センサの場合について、具体的に説明する。 Next, the case where the inertial sensor is an angular velocity sensor and the case where the inertial sensor is an acceleration sensor will be specifically described.
図4(A)は計測値が角速度の場合のIMU較正装置の構成を示すブロック図であり、図4(B)は計測値が加速度の場合のIMU較正装置の構成を示すブロック図である。図4(A)に示す態様では、高精度IMUと較正対象IMUが角速度のみを出力する場合を示し、図4(B)に示す態様では、高精度IMUと較正対象IMUが加速度のみを出力する場合を示す。 FIG. 4A is a block diagram showing the configuration of the IMU calibration apparatus when the measurement value is angular velocity, and FIG. 4B is a block diagram showing the configuration of the IMU calibration apparatus when the measurement value is acceleration. In the mode shown in FIG. 4A, the case where the high-precision IMU and the calibration target IMU output only the angular velocity is shown, and in the mode shown in FIG. 4B, the high-precision IMU and the calibration target IMU output only the acceleration. Show the case.
(A)計測値が角速度のみの場合
図4(A)に示すように、IMU較正システム1は、高精度角速度センサ11Rω、較正対象IMU21ω、およびIMU誤差算出部31を備える。較正対象IMU21ωは、較正対象角速度センサ211Tω、バイアス誤差補正部212ω、スケールファクタ誤差補正部213ω、および、ミスアライメント誤差補正部214ωを備える。
(A) When Measurement Value is Only Angular Velocity As shown in FIG. 4A, the
IMU誤差算出部31は、高精度角速度センサ11Rωからのリファレンス角速度ωrefと、較正対象IMU21ωからの較正対象角速度ωmesとを用いて、上述の算出方法で、ミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]、バイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]、スケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を推定算出する。
The IMU
IMU誤差算出部31は、バイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]をバイアス誤差補正部212ωにフィードバックする。IMU誤差算出部31は、スケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]をスケールファクタ誤差補正部213ωにフィードバックする。IMU誤差算出部31は、ミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]をミスアライメント誤差補正部214ωにフィードバックする。
The IMU
バイアス誤差補正部212ωは、フィードバックされたバイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]を用いて、較正対象角速度センサ211Tωからの出力値を補正し、スケールファクタ誤差補正部213ωに出力する。スケールファクタ誤差補正部213ωは、フィードバックされたスケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を用いて、バイアス誤差補正部212ωからの出力値を補正し、ミスアライメント誤差補正部214ωに出力する。ミスアライメント誤差補正部214ωは、フィードバックされたミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]を用いて、スケールファクタ誤差補正部213ωからの出力値を補正し、較正対象角速度ωmesとして、IMU誤差算出部31に出力する。
The bias error correction unit 212ω corrects the output value from the calibration target angular velocity sensor 211Tω using the fed back bias error [ΔBix ω , ΔByy ω , ΔBiz ω ], and outputs it to the scale factor error correction unit 213ω. The scale factor error correction unit 213ω corrects the output value from the bias error correction unit 212ω using the fed back scale factor errors [Δsfx ω , Δsfy ω , Δsfz ω ], and outputs the corrected value to the misalignment error correction unit 214ω. . The misalignment error correction unit 214ω corrects the output value from the scale factor error correction unit 213ω using the fed back misalignment error [Δψ ω , Δθ ω , Δφ ω ], and the IMU is used as the calibration target angular velocity ω mes . Output to the
このような誤差推定と誤差補正のループ処理を繰り返すことで、各誤差は収束し、ミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]、バイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]、スケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を高精度に推定算出することができる。そして、較正対象IMU21ωから出力される較正対象角速度ωmesを、リファレンス角速度ωrefと同等の精度にすることができる。 By repeating such error estimation and error correction loop processing, each error converges, misalignment error [Δψ ω , Δθ ω , Δφ ω ], bias error [ΔBix ω , ΔByy ω , ΔBiz ω ], scale Factor errors [Δsfx ω , Δsfy ω , Δsfz ω ] can be estimated and calculated with high accuracy. The calibration target angular velocity ω mes output from the calibration target IMU 21ω can be set to the same accuracy as the reference angular velocity ω ref .
(B)計測値が加速度のみの場合
図4(B)の構成では、レバーアーム効果が生じない態様もしくは無視できる程小さい態様において好適である。
(B) Case where Measurement Value is Only Acceleration The configuration shown in FIG. 4B is suitable for a mode in which the lever arm effect does not occur or a mode that can be ignored.
図4(B)に示すように、IMU較正システム1は、高精度加速度センサ11Ra、較正対象IMU21a、およびIMU誤差算出部31を備える。較正対象IMU21aは、較正対象加速度センサ211Ta、バイアス誤差補正部212a、スケールファクタ誤差補正部213a、および、ミスアライメント誤差補正部214aを備える。
As shown in FIG. 4B, the
IMU誤差算出部31は、高精度加速度センサ11Raからのリファレンス加速度arefと、較正対象IMU21aからの較正対象加速度amesとを用いて、上述の算出方法で、ミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]、バイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]、スケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]を推定算出する。
The IMU
IMU誤差算出部31は、バイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]をバイアス誤差補正部212aにフィードバックする。IMU誤差算出部31は、スケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]をスケールファクタ誤差補正部213aにフィードバックする。IMU誤差算出部31は、ミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]をミスアライメント誤差補正部214aにフィードバックする。
The IMU
バイアス誤差補正部212aは、フィードバックされたバイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]を用いて、較正対象角速度センサ211Taからの出力値を補正し、スケールファクタ誤差補正部213aに出力する。スケールファクタ誤差補正部213aは、フィードバックされたスケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]を用いて、バイアス誤差補正部212aからの出力値を補正し、ミスアライメント誤差補正部214aに出力する。ミスアライメント誤差補正部214aは、フィードバックされたミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]を用いて、スケールファクタ誤差補正部213aからの出力値を補正し、較正対象加速度amesとして、IMU誤差算出部31に出力する。
The bias
このような誤差推定と誤差補正のループ処理を繰り返すことで、各誤差は収束し、ミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]、バイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]、スケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]を高精度に推定算出することができる。そして、較正対象IMU21aから出力される較正対象加速度amesを、リファレンス加速度arefと同等の精度にすることができる。
By repeating such error estimation and error correction loop processing, each error converges, misalignment error [Δψ a , Δθ a , Δφ a ], bias error [ΔBix a , ΔByy a , ΔBiz a ], scale Factor errors [Δsfx a , Δsfy a , Δsfz a ] can be estimated and calculated with high accuracy. The calibration target acceleration a mes output from the
次に、本発明の第2の実施形態に係るIMU較正システムおよびIMU構成方法について、図を参照して説明する。図5は本発明の第2の実施形態に係るIMU較正システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態のIMU較正システムは、第1の実施形態に示したIMU較正システムに対して、レバーアーム効果補正部215aを追加したものである。したがって、異なる箇所のみを具体的に説明する。なお、このレバーアーム効果補正部215aも本発明の「誤差補正部」の一構成要素に相当する。
Next, an IMU calibration system and an IMU configuration method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an IMU calibration system according to the second embodiment of the present invention. Note that the IMU calibration system of the present embodiment is obtained by adding a lever arm
IMU較正システム2は、高精度IMU11R、較正対象IMU21’、および、IMU誤差算出部31を備える。高精度IMU11Rは、高精度加速度センサ11Raおよび高精度角速度センサ11Rωを備える。高精度加速度センサ11Raは、リファレンス加速度arefを出力する。高精度角速度センサ11Rωは、リファレンス角速度ωrefを出力する。
The
IMU誤差算出部31は、高精度IMU11Rからのリファレンス加速度arefと、較正対象IMU21’からの較正対象加速度amesに基づいて、ミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]、バイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]、スケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]を推定算出する。
Based on the reference acceleration a ref from the high-
較正対象IMU21’は、較正対象加速度センサ211Ta、バイアス誤差補正部212a、スケールファクタ誤差補正部213a、ミスアライメント誤差補正部214a、および、レバーアーム効果補正部215aを備える。バイアス誤差補正部212a、スケールファクタ誤差補正部213a、ミスアライメント誤差補正部214a、および、レバーアーム効果補正部215aからなる部分が本発明の「誤差補正部」に相当する。
The calibration target IMU 21 'includes a calibration target acceleration sensor 211Ta, a bias
レバーアーム効果補正部215aには、高精度IMU11Rからリファレンス角速度ωrefが入力される。また、レバーアーム効果補正部215aには、高精度IMU11Rの位置を基準とする較正対象IMU21’の相対位置Pmesが入力される。この相対位置Pmesは、例えば、別途予め測量しておけばよい。
A reference angular velocity ω ref is input from the high-
レバーアーム効果補正部215aは、相対位置Pmesと高精度角速度ωrefから算出したレバーアーム効果補正値AAを用いて、較正対象加速度センサ211Taから出力された加速度を補正する。
The lever arm
バイアス誤差補正部212aは、IMU誤差算出部31で推定されたバイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]を用いて、レバーアーム効果補正後の加速度を補正する。スケールファクタ誤差補正部213aは、IMU誤差算出部31で推定されたスケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]を用いて、バイアス誤差補正後の加速度を補正する。ミスアライメント誤差補正部214aは、IMU誤差算出部31で推定されたミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]を用いて、スケールファクタ誤差補正後の加速度amesを補正する。これらの誤差補正が行われた加速度は、較正対象加速度amesとしてIMU誤差算出部31に出力される。
The bias
このような誤差推定と誤差補正のループ処理を繰り返すことで、各誤差は収束していき、ミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]、バイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]、スケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]を高精度に推定算出することができる。特に、本実施形態の構成を用いれば、レバーアーム効果による影響を低減でき、これらの誤差をさらに高精度に推定算出することができる。そして、較正対象IMU21’から出力される較正対象加速度amesを、リファレンス加速度arefと同等の精度にすることができる。
By repeating such error estimation and error correction loop processing, each error converges, and misalignment errors [Δψ a , Δθ a , Δφ a ], bias errors [ΔBix a , ΔBya a , ΔBiz a ] The scale factor error [Δsfx a , Δsfy a , Δsfz a ] can be estimated and calculated with high accuracy. In particular, if the configuration of the present embodiment is used, the influence of the lever arm effect can be reduced, and these errors can be estimated and calculated with higher accuracy. The calibration target acceleration a mes output from the
なお、上述の処理をプログラム化して、コンピュータ等の演算処理機で実行することで較正処理を行ってもよい。図6は本発明の第2実施形態に係るIMU較正方法を示すフローチャートである。 Note that the calibration process may be performed by programming the above-described process and executing the program by an arithmetic processor such as a computer. FIG. 6 is a flowchart showing an IMU calibration method according to the second embodiment of the present invention.
IMU誤差算出部31は、較正対象計測値(較正対象加速度ames)とリファレンス対象計測値(リファレンス加速度aref)とを順次取得する(S201)。
The IMU
IMU誤差算出部31は、時間的に変化しないミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を未知数とする方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、較正対象計測値とリファレンス計測値を観測値(既知数)として方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、相対位置Pmesとリファレンス角速度ωrefから算出したレバーアーム効果補正値AAを方程式に適用する。IMU誤差算出部31は、この方程式に対して、経時的に順次取得できる較正対象加速度amesとリファレンス加速度arefとを観測値(既知数)として代入することで、ミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を推定算出する(S202)。
The IMU
IMU誤差算出部31は、算出した上述の誤差を較正対象IMU21’にフィードバックし、較正対象IMU21’は、フィードバックされた誤差を用いて較正を行う(S203)。
The IMU
次に、本発明の第3の実施形態に係るIMU較正システムおよびIMU構成方法について、図を参照して説明する。図7は本発明の第3の実施形態に係るIMU較正システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態のIMU較正システムは、加速度に対する各誤差と、角速度に対する各誤差を推定演算し、較正に利用するものであり、基本的な加速度に対する各誤差の推定演算および較正への利用、および角速度に対する各誤差の推定演算および較正への利用については、上述の実施形態と同じである。したがって、本実施形態の構成に特有の箇所のみを具体的に説明する。 Next, an IMU calibration system and an IMU configuration method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an IMU calibration system according to the third embodiment of the present invention. Note that the IMU calibration system of the present embodiment estimates and calculates each error with respect to acceleration and each error with respect to angular velocity, and uses them for calibration. The estimation calculation of each error with respect to the angular velocity and the use for calibration are the same as in the above-described embodiment. Therefore, only the part peculiar to the configuration of the present embodiment will be specifically described.
IMU較正システム3は、高精度IMU11R、較正対象IMU21”、および、IMU誤差算出部31を備える。高精度IMU11Rは、高精度加速度センサ11Raおよび高精度角速度センサ11Rωを備える。高精度加速度センサ11Raは、リファレンス加速度arefを出力する。高精度角速度センサ11Rωは、リファレンス角速度ωrefを出力する。
The IMU calibration system 3 includes a
IMU誤差算出部31は、高精度IMU11Rからのリファレンス角速度ωrefと、較正対象IMU21”からの較正対象角速度ωmesを用いて、角速度に対するミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]、バイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]、スケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を推定算出する。
The IMU
較正対象IMU21”は、較正対象加速度センサ211Ta、較正対象角速度センサ211Tω、加速度用のバイアス誤差補正部212a、加速度用のスケールファクタ誤差補正部213a、加速度用のミスアライメント誤差補正部214a、レバーアーム効果補正部215a、角速度用のバイアス誤差補正部212ω、角速度用のスケールファクタ誤差補正部213ω、および、角速度用のミスアライメント誤差補正部214ωを備える。加速度用のバイアス誤差補正部212a、加速度用のスケールファクタ誤差補正部213a、加速度用のミスアライメント誤差補正部214a、レバーアーム効果補正部215a、角速度用のバイアス誤差補正部212ω、角速度用のスケールファクタ誤差補正部213ω、および、角速度用のミスアライメント誤差補正部214ωからなる部分が本発明の「誤差補正部」に相当する。
The
較正対象IMU21”における較正対象加速度センサに対する較正は、上述の第2の実施形態に係る較正対象IMU21’と同じであり、説明は省略する。
The calibration of the calibration target acceleration sensor in the
角速度用のバイアス誤差補正部212ωは、IMU誤差算出部31で推定された角速度に対するバイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]を用いて、較正対象角速度センサ211Tωから出力された角速度を補正する。
The bias error correction unit 212ω for angular velocity corrects the angular velocity output from the calibration target angular velocity sensor 211Tω using the bias error [ΔBix ω , ΔByy ω , ΔBiz ω ] with respect to the angular velocity estimated by the IMU
角速度用のスケールファクタ誤差補正部213ωは、IMU誤差算出部31で推定された角速度に対するスケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を用いて、バイアス誤差補正後の角速度を補正する。
The scale factor error correction unit 213ω for angular velocity corrects the angular velocity after the bias error correction using the scale factor errors [Δsfx ω , Δsfy ω , Δsfz ω ] with respect to the angular velocity estimated by the IMU
角速度用のミスアライメント誤差補正部214ωは、IMU誤差算出部31で推定された角速度に対するミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]を用いて、スケールファクタ誤差補正後の角速度を補正する。これらの誤差補正が行われた角速度は、較正対象角速度ωmesとしてIMU誤差算出部31に出力される。
The angular velocity misalignment error correction unit 214ω corrects the angular velocity after the scale factor error correction using the misalignment error [Δψ ω , Δθ ω , Δφ ω ] with respect to the angular velocity estimated by the IMU
このような誤差推定と誤差補正のループ処理を繰り返すことで、各誤差は収束していき、角速度に対するミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]、バイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]、スケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を高精度に推定算出することができる。そして、較正対象IMU21”から出力される較正対象角速度ωmesを、リファレンス角速度ωrefと同等の精度にすることができる。
By repeating such error estimation and error correction loop processing, each error converges, and misalignment errors [Δψ ω , Δθ ω , Δφ ω ] with respect to angular velocities, bias errors [ΔBix ω , ΔBiy ω , ΔBiz] ω ] and scale factor errors [Δsfx ω , Δsfy ω , Δsfz ω ] can be estimated and calculated with high accuracy. The calibration target angular velocity ω mes output from the
なお、上述の処理をプログラム化して、コンピュータ等の演算処理機で実行することで較正処理を行ってもよい。図8は本発明の第3実施形態に係るIMU較正方法を示すフローチャートである。 Note that the calibration process may be performed by programming the above-described process and executing the program by an arithmetic processor such as a computer. FIG. 8 is a flowchart showing an IMU calibration method according to the third embodiment of the present invention.
IMU誤差算出部31は、較正対象計測値(較正対象加速度amesおよび較正対象角速度ωmes)とリファレンス計測値(リファレンス加速度arefおよびリファレンス角速度ωref)とを順次取得する(S301)。
The IMU
IMU誤差算出部31は、角速度に対して、時間的に変化しないミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を未知数とする方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、較正対象角速度ωmesとリファレンス角速度ωrefを観測値(既知数)として方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、この方程式に対して、経時的に順次取得できる較正対象角速度ωmesとリファレンス角速度ωrefとを観測値(既知数)として代入することで、角速度に対するミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を推定算出する(S302)。
The IMU
IMU誤差算出部31は、加速度に対して、時間的に変化しないミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を未知数とする方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、較正対象加速度amesとリファレンス加速度arefを観測値(既知数)として方程式を設定する。IMU誤差算出部31は、相対位置Pmesとリファレンス角速度ωrefと角速度に対するミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]から算出したレバーアーム効果補正値AAを方程式に適用する。IMU誤差算出部31は、この方程式に対して、経時的に順次取得できる較正対象加速度amesとリファレンス加速度arefとを観測値(既知数)として代入することで、加速度に対するミスアライメント誤差の三軸成分、バイアス誤差の三軸成分、およびスケールファクタ誤差の三軸成分を推定算出する(S303)。
The IMU
IMU誤差算出部31は、算出した上述の誤差を、較正対象IMU21”にフィードバックし、較正対象IMU21”は、フィードバックされた誤差を用いて較正を行う(S304)。
The IMU
なお、上述の説明では、加速度に対する各誤差と、角速度に対する各誤差を別処理で推定算出する例を示した。しかしながら、加速度と角速度を同じ処理で推定してもよい。すなわち、較正対象加速度ames、リファレンス加速度aref、較正対象角速度ωmes、およびリファレンス角速度ωrefを観測値として、加速度に関する三軸のミスアライメント誤差[Δψa,Δθa,Δφa]、バイアス誤差[ΔBixa,ΔBiya,ΔBiza]、スケールファクタ誤差[Δsfxa,Δsfya,Δsfza]、および角速度に関する三軸のミスアライメント誤差[Δψω,Δθω,Δφω]、バイアス誤差[ΔBixω,ΔBiyω,ΔBizω]、スケールファクタ誤差[Δsfxω,Δsfyω,Δsfzω]を未知数として、一つのカルマンフィルタを適用してもよい。 In the above description, an example is shown in which each error for acceleration and each error for angular velocity are estimated and calculated by separate processing. However, the acceleration and the angular velocity may be estimated by the same process. That is, the three-axis misalignment error [Δψ a , Δθ a , Δφ a ], the bias error with respect to acceleration using the calibration target acceleration a mes , the reference acceleration a ref , the calibration target angular velocity ω mes , and the reference angular velocity ω ref as observation values. [ΔBix a , ΔByy a , ΔBiz a ], scale factor error [Δsfx a , Δsfy a , Δsfz a ], triaxial misalignment error [Δψ ω , Δθ ω , Δφ ω ], bias error [ΔBix ω ] , ΔByy ω , ΔBiz ω ] and scale factor errors [Δsfx ω , Δsfy ω , Δsfz ω ] as unknowns, one Kalman filter may be applied.
1,2,3:IMU較正システム
11R:高精度IMU
11Ra:高精度加速度センサ
11Rω:高精度角速度センサ
21,21’,21”:較正対象IMU
210,210’、210”:誤差補正部
211Ta:較正対象加速度センサ
211Tω:較正対象角速度センサ
31:IMU誤差算出部
212a,212ω:バイアス誤差補正部
213a,213ω:スケールファクタ誤差補正部
214a,214ω:ミスアライメント誤差補正部
215a:レバーアーム効果補正部
910:飛行機
920:ロケット
1,2,3:
11Ra: high-precision acceleration sensor 11Rω: high-precision
210, 210 ′, 210 ″: Error correction unit 211Ta: Calibration target acceleration sensor 211Tω: Calibration target angular velocity sensor 31: IMU
Claims (9)
前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正するセンサ誤差補正装置であって、
前記第1移動態様では前記高精度IMUの計測データと前記較正対象IMUの計測データとから継続的に算出された前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データに含まれるバイアス誤差、スケールファクタ誤差、およびミスアライメント誤差を用いて、前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを継続的に補正し、
前記第2移動態様では前記第1移動態様から前記第2移動態様に移行するタイミングで得られた前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を用いて、前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正する、
誤差補正部を備える、
センサ誤差補正装置。 A first moving mode in which a first moving body to which a high-precision IMU is mounted and a second moving body to which a calibration target IMU including a sensor having a lower accuracy than a sensor of the high-precision IMU moves are integrated; It is a movement mode following the first movement mode, and has a second movement mode in which the first moving body and the second moving body move separately,
A sensor error correction apparatus for correcting measurement data of a sensor provided in the calibration object IMU,
In the first movement mode, a bias error and a scale factor error included in the measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU, which is continuously calculated from the measurement data of the high precision IMU and the measurement data of the calibration target IMU. And continuously correcting the measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU using the misalignment error,
In the second movement mode, the calibration target IMU is provided using the bias error, the scale factor error, and the misalignment error obtained at the timing of transition from the first movement mode to the second movement mode. Correct the measurement data of the sensor
With an error correction unit,
Sensor error correction device.
前記誤差補正部は、
前記較正対象IMUの計測データに含まれる前記バイアス誤差を補正するバイアス誤差補正部と、
前記バイアス誤差補正後の前記較正対象IMUの計測データに含まれる前記スケールファクタ誤差を補正するスケールファクタ誤差補正部と、
前記スケールファクタ誤差補正後の前記較正対象IMUの計測データに含まれる前記ミスアライメント誤差を補正するミスアライメント誤差補正部と、を備える、
センサ誤差補正装置。 The sensor error correction device according to claim 1,
The error correction unit is
A bias error correction unit for correcting the bias error included in the measurement data of the calibration target IMU;
A scale factor error correction unit that corrects the scale factor error included in the measurement data of the calibration target IMU after the bias error correction;
A misalignment error correction unit that corrects the misalignment error included in the measurement data of the calibration target IMU after the scale factor error correction.
Sensor error correction device.
前記計測データは、加速度と角速度を含み、
前記誤差補正部は、
前記高精度IMUの計測データの計測位置と前記較正対象IMUの計測データの計測位置との相対位置の差によって生じる前記較正対象IMUの加速度に含まれる誤差を補正するレバーアーム効果補正部を、備える、
センサ誤差補正装置。 The sensor error correction device according to claim 1 or 2,
The measurement data includes acceleration and angular velocity,
The error correction unit is
A lever arm effect correction unit that corrects an error included in the acceleration of the calibration target IMU caused by a difference in relative position between the measurement position of the measurement data of the high-precision IMU and the measurement position of the measurement data of the calibration target IMU; ,
Sensor error correction device.
前記誤差補正部は、
前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、前記ミスアライメント誤差を、前記第1移動体および前記第2移動体の移動態様に応じた直交三軸の成分で補正する、
センサ誤差補正装置。 The sensor error correction device according to any one of claims 1 to 3,
The error correction unit is
The bias error, the scale factor error, and the misalignment error are corrected with orthogonal three-axis components according to the movement mode of the first moving body and the second moving body.
Sensor error correction device.
前記第1移動態様において、前記高精度IMUの計測データと前記較正対象IMUの計測データとから継続的に算出された前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データに含まれる前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を継続的に算出するIMU誤差算出部と、
を備える、IMU較正システム。 A sensor error correction device according to any one of claims 1 to 4,
In the first movement mode, the bias error included in the measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU continuously calculated from the measurement data of the high precision IMU and the measurement data of the calibration target IMU, An IMU error calculation unit that continuously calculates a scale factor error and the misalignment error;
An IMU calibration system comprising:
前記IMU誤差算出部は、前記第1移動体に装着されている、
IMU較正システム。 An IMU calibration system according to claim 5, comprising:
The IMU error calculation unit is attached to the first moving body.
IMU calibration system.
前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正するIMU較正方法であって、
前記高精度IMUの計測データと前記較正対象IMUの計測データとから継続的に算出された前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データに含まれる前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を継続的に算出するIMU誤差算出工程と、
前記第1移動態様において、前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を用いて、前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを継続的に補正する第1誤差補正工程と、
前記第2移動態様では前記第1移動態様から前記第2移動態様に移行するタイミングで得られた前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を用いて、前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正する第2誤差補正工程と、
を有する、IMU較正方法。 A first moving mode in which a first moving body to which a high-precision IMU is mounted and a second moving body to which a calibration target IMU including a sensor having a lower accuracy than a sensor of the high-precision IMU moves are integrated; It is a movement mode following the first movement mode, and has a second movement mode in which the first moving body and the second moving body move separately,
An IMU calibration method for correcting measurement data of a sensor provided in the calibration target IMU,
The bias error, the scale factor error, and the error included in the measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU that is continuously calculated from the measurement data of the high-precision IMU and the measurement data of the calibration target IMU An IMU error calculation step of continuously calculating an alignment error;
In the first movement mode, a first error correction step of continuously correcting measurement data of a sensor provided in the calibration target IMU using the bias error, the scale factor error, and the misalignment error;
In the second movement mode, the calibration target IMU is provided using the bias error, the scale factor error, and the misalignment error obtained at the timing of transition from the first movement mode to the second movement mode. A second error correction step for correcting measurement data of the sensor,
IMU calibration method.
前記較正対象IMUの計測データには角速度及び加速度が含まれており、
前記第1、第2誤差補正工程は、
前記高精度IMUの計測データの計測位置と前記較正対象IMUの計測データの計測位置との相対位置の差によって生じる前記較正対象IMUの加速度に含まれる誤差を補正する工程をさらに有する、IMU較正方法。 The IMU calibration method according to claim 7, comprising:
The measurement data of the calibration target IMU includes angular velocity and acceleration,
The first and second error correction steps include
The IMU calibration method further comprising the step of correcting an error included in the acceleration of the calibration target IMU caused by a difference in relative position between the measurement position of the measurement data of the high precision IMU and the measurement position of the measurement data of the calibration target IMU. .
前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正する処理をコンピュータに実行させるIMU較正プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記高精度IMUの計測データと前記較正対象IMUの計測データとから継続的に算出された前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データに含まれる前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を継続的に算出するIMU誤差算出処理と、
前記第1移動態様において、前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を用いて、前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを継続的に補正する第1誤差補正処理と、
前記第2移動態様では前記第1移動態様から前記第2移動態様に移行するタイミングで得られた前記バイアス誤差、前記スケールファクタ誤差、および前記ミスアライメント誤差を用いて、前記較正対象IMUに備えられたセンサの計測データを補正する第2誤差補正処理と、
を実行する、IMU較正プログラム。 A first moving mode in which a first moving body to which a high-precision IMU is mounted and a second moving body to which a calibration target IMU including a sensor having a lower accuracy than a sensor of the high-precision IMU moves are integrated; It is a movement mode following the first movement mode, and has a second movement mode in which the first moving body and the second moving body move separately,
An IMU calibration program for causing a computer to execute a process of correcting measurement data of a sensor provided in the calibration target IMU,
The computer
The bias error, the scale factor error, and the error included in the measurement data of the sensor provided in the calibration target IMU that is continuously calculated from the measurement data of the high-precision IMU and the measurement data of the calibration target IMU An IMU error calculation process for continuously calculating alignment errors;
In the first movement mode, a first error correction process for continuously correcting measurement data of a sensor provided in the calibration target IMU using the bias error, the scale factor error, and the misalignment error;
In the second movement mode, the calibration target IMU is provided using the bias error, the scale factor error, and the misalignment error obtained at the timing of transition from the first movement mode to the second movement mode. A second error correction process for correcting measurement data of the selected sensor;
An IMU calibration program.
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