0、核心内容

主要介绍智能终端的导航相关传感器,以及传感器的数据处理方式方法

1、传感器类别

(1)惯性传感器

一般手机中的都会有惯性传感器,但是不一定全,标配是6轴,其他的传感器还包括陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、GPS 等

(2)典型器件型号

BMA280、LIS3DH(加速度计3轴),近一成的中低端机型无陀螺仪

ICM-20600、LSM6DS3、MP67B、BMI160(6轴)

(3)各传感器功能:

陀螺仪:测量三轴角速率
加速度计:测量三轴加速度

气压计:测量气压值换算海拔高度
磁力计:测量三轴地磁值

GPS:输出经纬高、速度、航向、精度因子、星数等

2、传感器误差模型

陀螺仪:

android 手机传感器上下移动 手机顶部传感器_陀螺仪

陀螺仪的测量角速率𝝎m与真值 𝝎存在如下关系,𝒃为随机游走噪声,𝒏𝒓为高斯白噪声,随机游走用来表示陀螺的常值漂移在 一次启动中不是常数而是随时间缓慢变化的情况;

android 手机传感器上下移动 手机顶部传感器_自动驾驶_02

加速度误差模型:

类似于陀螺仪

3、传感器误差校准方法

惯性器件一般具有零偏等误差,并且 mems 类型的惯性器件误差不稳,不容易标定校正准确,误差校正过程可以大致看出传感器性能。简单的校正方法有以下一些。

A     陀螺仪校正方法:(对于2,3,均需要设备辅助

1 零漂校正:

陀螺仪上电后,静止下连续采集各轴输出数据,取平均值,各轴平均 值不为 0 的值,则为零位偏移,实时采集数据时要减去零偏。(静止标定)

2 比例校正:

需要小型转台工装,陀螺仪绕某轴旋转 90 度,看输出转动角度数,确定测量角度与实际 转动角度的比例,实时采集数据时要乘以比例系数。

3、旋转速率标定:

让三轴转台以特定的速率分别绕X,Y,Z轴以固定的速率进行正反旋转,并且将惯导测量的数据记录下来,可以反解安装误差及比例误差矩阵。

用上工装的一般是批量生产,普通应用只能采用最基本的算法校正估计方式

B   加速度校正方式:

1 零偏校正:

上电后,水平静止放置,测量该轴输出值(重力加速度值),然后 180 度翻转,测量该轴的反向输出,通过两个输出值判断零位偏移,三个轴都要进行分别测试。即,正反测试,看中心偏移。实 时采集数据时要减去零偏。

2 比例校正:

按照零偏校正中的数据采集方法,正反测试,看量程比例。对比实测 量程和真实测量量程来确定比例因子。实时采集数据时要乘以比例因子。

C 磁力计的校准

        磁力计主要考虑地磁受到的干扰情况,一般需要在室外进行8字校准。在无人机上更是如此。此外磁倾角和磁偏角需要提前根据经纬度查找数据模型进行补偿。磁力计干扰分为两种:硬铁是由传感器周围的铁磁体等带来,软铁则指 电路中电流等对磁场的影响。磁罗盘的校正需要尽可能的采集三维空间中不同方向的磁 强度,硬铁干扰带来球心的偏移,软铁干扰带来椭球变形。 汽车内电磁环境较为复杂,所以汽车导航软件一般会慎用或不直接用该传感器的信息。