利用角速度传感器在线估计三轴磁强计硬铁与软铁偏置及角速度传感器偏置以提升动态航向精度
机器人学
2022-01-10 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
本文解决了现场机器人学中在动态运动下仅利用三轴磁强计与三轴角速率传感器的有偏测量，对三轴磁强计硬铁与软铁偏置进行动态在线估计与补偿的问题。所提出的磁强计与角速度偏置估计器（MAVBE）采用 15 状态过程模型，编码受角速度偏移影响的磁强计信号的非线性过程动力学，同时在扩展卡尔曼滤波框架内估计 9 个磁强计偏置参数与 3 个角速率传感器偏置参数。对偏置参数的局部可观测性进行了数值评估。经偏置补偿的信号与三轴加速度计信号一起用于估计偏置补偿的磁大地航向。所提 MAVBE 方法的性能在美国马里兰州切萨皮克湾一艘装有仪器的自主水下航行器的数值仿真、实验室实验和全尺度现场试验中，与广泛引用的仅磁强计 TWOSTEP 方法进行比较评估。对于所提 MAVBE，（i）估计偏置不需要仪器姿态，结果表明（ii）偏置局部可观测，（iii）偏置估计快速收敛至真实偏置参数，（iv）偏置估计收敛仅需适度仪器激励，且（v）对磁强计硬铁与软铁偏置的补偿显著提高了动态航向估计精度。
引用
@article{arxiv.2201.02449,
title = {Online 3-Axis Magnetometer Hard-Iron and Soft-Iron Bias and Angular Velocity Sensor Bias Estimation Using Angular Velocity Sensors for Improved Dynamic Heading Accuracy},
author = {Andrew R. Spielvogel and Abhimanyu S. Shah and Louis L. Whitcomb},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.02449},
year = {2022}
}
备注
Preprint of an article accepted for publication in Field Robotics, https://FieldRobotics.net, Special Issue in Unmanned Marine Systems. Submitted January 16, 2021; Revised May 28, 2021; Accepted August 2, 2021