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accelcal

Kalibrierungsparameter für den Beschleunigungsmesser

Seit R2023b

Syntax

[A,b] = accelcal(D)

[A,b] = accelcal(XUP,XDOWN,YUP,YDOWN,ZUP,ZDOWN)

[A,b] = accelcal(___,Gravity=g)

Beschreibung

[A,b] = accelcal(D) gibt die Matrix A und den Vektor b zurück, die zur Korrektur unkalibrierter Beschleunigungsmessungen auf Basis der Kalibrierungsdaten D verwendet werden.

Nachdem A und b ermittelt wurden, werden die kalibrierten Daten C aus den unkalibrierten Daten U mithilfe der Formel C = U*A + b berechnet, wobei U eine 3-mal-3-Matrix ist und jede Zeile von U eine unkalibrierte Beschleunigungsmessung darstellt.

[A,b] = accelcal(XUP,XDOWN,YUP,YDOWN,ZUP,ZDOWN) spezifiziert die Messdaten bei sechs Kalibrierungsorientierungen, wie in Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung dargestellt.

[A,b] = accelcal(___,Gravity=g) gibt den Wert der Erdgravitationskonstante g an.

Beispiele

Kalibrierung der Beschleunigungsmessermessungen

Erstelle ein imuSensor-Objekt zur Generierung von Messdaten. Standardmäßig ist das Bezugssystem des Objekts das Nordost-unten (NED)-System. Legen Sie die Beschleunigungsmesserparameter so fest, dass die Messungen eine konstante Abweichung und ein gewisses zufälliges Rauschen enthalten.

accelParams =  accelparams(ConstantBias=[.1 .2 -.1],...
    NoiseDensity=1e-2*ones(1,3));
imu = imuSensor(Accelerometer=accelParams);
disp(imu.ReferenceFrame)

NED

Definiere die Euler-Winkel für sechs Kalibrierungsorientierungen und wandle sie in Quaternionen um.

orients = [...
    0 90 0 % xUp
    0 0 -90 % yUp
    0 180 0 % zUp
    0 -90 0 % xDown 
    0 0 90 % yDown    
    0 0 0]; % zDown
quats = quaternion(orients,"eulerd","ZYX","frame");
N = numel(quats);

Es wird angenommen, dass die äußeren Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten beide 0 sind. Simulieren Sie den IMU-Sensor, um die Kalibrierungsmessungen zu erhalten.

exAcc = zeros(N,3);
angVel = zeros(N,3);
D = imu(exAcc,angVel,quats)

D = 6×3

   -9.6490    0.2225   -0.1925
    0.0146   -9.5593    0.0153
   -0.0210    0.1928   -9.9271
    9.9363    0.1840   -0.0210
    0.0008    9.9094   -0.0655
    0.2828    0.1528    9.7232

Verwenden Sie die Funktion accelcal, um die Kalibrierungsparameter zu erhalten.

[A,b] = accelcal(D)

A = 3×3

    1.0018    0.0019   -0.0087
    0.0006    1.0078    0.0041
   -0.0154    0.0020    0.9986

b = 1×3

   -0.0956   -0.1852    0.0779

Überprüfen Sie die Kalibrierungsparameter anhand der Kalibrierungsmessungen.

DCali = D*A+b

DCali = 6×3

   -9.7587    0.0199   -0.0298
   -0.0872   -9.8187    0.0534
    0.0365   -0.0111   -9.8339
    9.8589    0.0196   -0.0284
   -0.0875    9.8012    0.0535
    0.0380   -0.0109    9.7852

Erzeugen Sie einige zufällige Orientierungen, erfassen Sie die Beschleunigungsmesserwerte und kalibrieren Sie die Messwerte.

M = 10;
randomQuats = randrot(M,1);
U = imu(zeros(M,3),zeros(M,3),randomQuats);
C = U*A+b

C = 10×3

    9.1400    3.5374   -1.3008
   -7.1185   -6.8126   -0.7088
    7.1372   -6.8065   -0.5943
   -7.9362    1.5605    5.6203
    7.4397   -2.3143   -6.2363
    7.0758   -4.0794   -5.7321
    3.1250   -5.4306    7.2655
    0.8261   -9.7286    1.3509
    0.8486    2.8606   -9.2705
   -2.4922    8.5000   -3.9532

Eingabeargumente

D — Messungen in sechs Kalibrierungsorientierungen

N-mal-3-Matrix

Die Messungen an den sechs Kalibrierungsausrichtungen des Beschleunigungsmessers werden als N-mal-3-Matrix angegeben. N ist die Gesamtzahl der Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung in einer der sechs Kalibrierungsorientierungen des Beschleunigungsmessers dar, wie in Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung gezeigt. Für optimale Ergebnisse sollte die Matrix für alle sechs Orientierungen die gleiche Anzahl an Messungen enthalten.

Bei der Interpretation der Daten in D geht die Funktion standardmäßig davon aus, dass die Erdgravitationskonstante g 9,81 m/s² oder 1 beträgt, je nachdem, welcher Wert näher am Mittelwert der Norm der Daten liegt.

Datentypen: single | double

XUP — Messungen in x-up-Orientierung

N₁-mal-3-Matrix

Messungen in x-up-Orientierung des Beschleunigungsmessers, angegeben als N₁-mal-3-Matrix. N₁ ist die Gesamtzahl der x-up-Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung des Beschleunigungsmessers dar. Die Definition der x-up-Orientierung finden Sie im Abschnitt Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung.

Datentypen: single | double

XDOWN — Messungen in x-Down-Orientierung

NN₂-mal-3-Matrix

Messungen in x-Down-Richtung des Beschleunigungsmessers, angegeben als NN₂-mal-3-Matrix. N₂ ist die Gesamtzahl der x-Down-Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung des Beschleunigungsmessers dar. Die Definition der x-Down-Orientierung finden Sie im Abschnitt Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung.

Datentypen: single | double

YUP — Messungen in y-up-Orientierung

NN₃-mal-3-Matrix

Messungen in y-up-Orientierung des Beschleunigungsmessers, angegeben als N₃-mal-3-Matrix. N₃ ist die Gesamtzahl der y-up-Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung des Beschleunigungsmessers dar. Die Definition der y-Up-Orientierung finden Sie im Abschnitt Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung.

Datentypen: single | double

YDOWN — Messungen in y-Down-Orientierung

N₄-mal-3-Matrix

Messungen in y-Down-Richtung des Beschleunigungsmessers, angegeben als N₄-mal-3-Matrix. N₄ ist die Gesamtzahl der y-Down-Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung des Beschleunigungsmessers dar. Die Definition der y-Down-Orientierung finden Sie im Abschnitt Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung.

Datentypen: single | double

ZUP — Messungen in z-Up-Orientierung

N₅-mal-3-Matrix

Messungen in z-up-Orientierung des Beschleunigungsmessers, angegeben als N₅-mal-3-Matrix. N₅ ist die Gesamtzahl der z-up-Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung des Beschleunigungsmessers dar. Die Definition der z-up-Orientierung finden Sie im Abschnitt Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung.

Datentypen: single | double

ZDOWN — Messungen in z-Richtung

N₆-mal-3-Matrix

Messungen in z-Down-Richtung des Beschleunigungsmessers, angegeben als N₆-mal-3-Matrix. N₆ ist die Gesamtzahl der z-Down-Messungen. Jede Zeile der Matrix stellt eine Messung des Beschleunigungsmessers dar. Die Definition der z-Down-Orientierung finden Sie im Abschnitt Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung.

Datentypen: single | double

g — Erdgravitationskonstante

positiv Skalar

Erdgravitationskonstante, angegeben als positiver Skalar. Wenn Sie dieses Argument nicht angeben, geht die Funktion davon aus, dass die Erdgravitationskonstante g 9,81 m/s² oder 1 beträgt, je nachdem, welcher Wert näher am Mittelwert der Norm der Daten in D liegt.

Beispiel: 9.807

Datentypen: single | double

Ausgabeargumente

A — Kalibrierungsmatrix

3x3-Matrix

Kalibrierungsmatrix, zurückgegeben als 3x3-Matrix.

Datentypen: single | double

b — Kalibrierungs-Offsetvektor

1-mal-3-Vektor

Kalibrierungs-Offset-Vektor, zurückgegeben als 1x3-Vektor.

Datentypen: single | double

Mehr über

Ausrichtungen der Beschleunigungsmesserkalibrierung

Um die Messdaten für die Kalibrierung des Beschleunigungsmessers zu erhalten, richten Sie die Ausrichtung des Messrahmens (X-Y-Z) des Beschleunigungsmessers an einer der sechs in diesem Diagramm gezeigten Ausrichtungen aus. Um beispielsweise eine x-up-Messung zu erhalten, richten Sie die positive X-Richtung des Beschleunigungsmessrahmens entgegen der Richtung der Schwerkraft aus, wie in der ersten Abbildung gezeigt.

Wenn der Beschleunigungsmesser keine Kalibrierungsfehler aufweist und sein Messrahmen perfekt ausgerichtet ist, wie in der Abbildung gezeigt, können Sie in dieser Tabelle ideale Messwerte erhalten.

Orientierung	aX	aY	aZ
X-Up	-g	0	0
X-Down	+g	0	0
Y-Up	0	-g	0
Y-Down	0	+g	0
Z-Up	0	0	-g
Z-Down	0	0	+g

In der Tabelle bezeichnen a_X, a_Y und a_Z die Beschleunigungskomponenten in X-, Y- bzw. Z-Richtung. g ist die lokale Erdgravitationskonstante.

Referenzen

[1] AN4508 Application Note: Parameters and Calibration of a Low-G 3-Axis Accelerometer.

Versionsverlauf

Eingeführt in R2023b

Siehe auch

magcal | imuSensor | accelparams