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角速度測定からのバイアスの削除

この例では、imufilter を使用して IMU からジャイロスコープのバイアスを削除する方法を説明します。

kinematicTrajectory を使用して、2 つの部分からなる軌跡を作成します。最初の部分は、y 軸と z 軸を中心とした定数値の角速度をもちます。2 番目の部分は、3 つのすべての軸に変動する角速度をもちます。

duration = 60*8;
fs = 20;
numSamples = duration * fs;
rng('default') % Seed the RNG to reproduce noisy sensor measurements.

initialAngVel = [0,0.5,0.25];
finalAngVel = [-0.2,0.6,0.5];
constantAngVel = repmat(initialAngVel,floor(numSamples/2),1);
varyingAngVel = [linspace(initialAngVel(1), finalAngVel(1), ceil(numSamples/2)).', ...
    linspace(initialAngVel(2), finalAngVel(2), ceil(numSamples/2)).', ...
    linspace(initialAngVel(3), finalAngVel(3), ceil(numSamples/2)).'];

angVelBody = [constantAngVel; varyingAngVel];
accBody = zeros(numSamples,3);

traj = kinematicTrajectory('SampleRate',fs);

[~,qNED,~,accNED,angVelNED] = traj(accBody,angVelBody);

理想的でないジャイロスコープを使用して imuSensor System object™、IMU を作成します。グラウンド トゥルース加速度、角速度、方向を使用して IMU を呼び出します。

IMU = imuSensor('accel-gyro', ...
    'Gyroscope',gyroparams('RandomWalk',0.003,'ConstantBias',0.3), ...
    'SampleRate',fs);

[accelReadings, gyroReadingsBody] = IMU(accNED,angVelNED,qNED);

fuse という imufilter System object を作成します。モデル化された加速度計の読み取り値とジャイロスコープの読み取り値を使用して fuse を呼び出します。

fuse = imufilter('SampleRate',fs, 'GyroscopeDriftNoise', 1e-6);

[~,angVelBodyRecovered] = fuse(accelReadings,gyroReadingsBody);

グラウンド トゥルース角速度、ジャイロスコープの読み取り値、復元された角速度を座標軸ごとにプロットします。

imufilter から返された角速度は時間の経過に伴いジャイロスコープのバイアスの効果を補い、本来の角速度に収束します。

time = (0:numSamples-1)'/fs;

figure(1)
plot(time,angVelBody(:,1), ...
     time,gyroReadingsBody(:,1), ...
     time,angVelBodyRecovered(:,1))
title('X-axis')
legend('True Angular Velocity', ...
       'Gyroscope Readings', ...
       'Recovered Angular Velocity')
ylabel('Angular Velocity (rad/s)')

Figure contains an axes. The axes with title X-axis contains 3 objects of type line. These objects represent True Angular Velocity, Gyroscope Readings, Recovered Angular Velocity.

figure(2)
plot(time,angVelBody(:,2), ...
     time,gyroReadingsBody(:,2), ...
     time,angVelBodyRecovered(:,2))
title('Y-axis')
ylabel('Angular Velocity (rad/s)')

Figure contains an axes. The axes with title Y-axis contains 3 objects of type line.

figure(3)
plot(time,angVelBody(:,3), ...
     time,gyroReadingsBody(:,3), ...
     time,angVelBodyRecovered(:,3))
title('Z-axis')
ylabel('Angular Velocity (rad/s)')
xlabel('Time (s)')

Figure contains an axes. The axes with title Z-axis contains 3 objects of type line.