¿Qué afecta la precisión de la IMU (Unidad de medición inercial)?

He notado que algunos acelerómetros y giroscopios tienen un poco de efecto de memoria.

Por ejemplo, puede colocar un acelerómetro horizontal y anular la lectura. Me mantendré cerca de cero pero, por supuesto, todavía me desviaré un poco. Ahora muévalo de lado y vuelva a la posición original y la lectura ya no será cero. Cuanto más fuerte y repentino es el movimiento, más parece cambiar el desplazamiento cero.

Es esta desviación impredecible en el valor cero lo que confunde la navegación inercial durante un tiempo más prolongado. A veces, solo son unos segundos los girosómetros y los acelerómetros MEMs.

Hice un dispositivo de seguimiento de la cabeza deportivo una vez, e incluso si la persona se mantuviera inmóvil antes de comenzar un movimiento, la posición sería inutilizable después de unos segundos. Afortunadamente, eso fue suficiente, y diseñamos el algoritmo para usar cosas como la aceleración y la velocidad angular directamente en lugar de confiar mucho en sus integrales. Esto fue con unidades MEMs bastante baratas.

La alineación correcta del eje es una: los sensores lineales tienen funciones de transferencia lineal entre los ejes de aceleración real / inclinación / balanceo / 3-D y las salidas de cada sensor correspondiente (o un subconjunto del mismo, si no está usando un total de 6 -axis IMU).

Idealmente, la función de transferencia es la matriz de identidad: el movimiento en cada eje deseado afecta solo al eje correspondiente. En sistemas reales, hay acoplamiento cruzado que depende de la alineación del sensor. Por ejemplo, si estás fuera de 1 grado, obtendrás una pequeña señal de salida en un eje para el movimiento en otro.

Otro factor tiene que ver con la no linealidad, que depende mucho del mecanismo particular utilizado para la detección. Los sensores de inclinación de péndulo o fluido en grandes desplazamientos de ángulo tienen problemas de linealidad.

Incluso la mejor IMU tendrá algún error. Normalmente, esos errores se acumulan con el tiempo hasta el punto de que su salida se vuelve inútil. Por supuesto, las mejores unidades tendrán menos errores, por lo que los errores tardan más en acumularse, pero aún así se acumularán.

Normalmente, las IMU tendrán algún método para deshacerse de estos errores. Lo hacen mediante el uso de múltiples sensores que se complementan entre sí. Por ejemplo, un GPS tiene una gran precisión a largo plazo (larga distancia o largo período de tiempo) pero una terrible precisión a corto plazo. Un acelerómetro es lo opuesto y tiene una precisión terrible a largo plazo pero una precisión bastante buena a corto plazo. Al utilizar ambos tipos de sensores, puede obtener lo mejor de ambos mundos.

Por supuesto, un GPS viola de alguna manera la parte "interna" de IMU, pero entiendes la idea. Es imposible obtener una IMU que funcione para siempre sin entrada externa (GPS, rastreador de estrellas, etc.), ya que incluso con el mejor de los sistemas siempre hay una fuente de error que se acumula con el tiempo.

Pero es imposible realmente darle una respuesta más detallada que "los errores acumulados con el tiempo" sin mirar el conjunto exacto de sensores que se está utilizando, y cómo se integran los datos del sensor en la salida final. / p>     

En la maquinaria agrícola de precisión agrícola (tractores guiados por GPS), las IMU se utilizan a menudo para corregir el desplazamiento de la antena del tractor. Cuando un tractor se inclina, la antena se mueve fuera de su trayectoria de conducción predeterminada. Los dispositivos RTK-DGPS pueden medir hasta aproximadamente 1 cm XY (2 cm Z) de precisión, por lo que deberá corregirlos. Afortunadamente, es posible tener sistemas redundantes: la rotación / inclinación se puede hacer con inclino y giroscopios, donde se puede hacer una orientación con giroscopios y la ruta conducida. Para obtener una alta tasa de datos de ángulos precisos, deberá combinar diferentes dispositivos.

Cada sensor tiene un ancho de banda limitado. Un inclino es un dispositivo de medición absoluto con bajo ancho de banda. Puede tardar un par de segundos para una señal estable, luego nuevamente: es absoluta.

Un giroscopio puede medir la velocidad angular y puede integrarse para obtener un desplazamiento, por lo tanto, obtiene un ángulo diferente. Filtrándolo con el valor inclino, puede obtener un ángulo vivo. Sin embargo, los giroscopios tienen un límite a la cantidad de grados / segundo que pueden medir con precisión. Si sale mal, no debería desviarse porque se corrige con una inclinación.