Сравнительный анализ алгоритмов фильтрации данных инерциальных датчиков

Авторы: Брич И.А.
Опубликовано в выпуске: #2(79)/2023
DOI: 10.18698/2541-8009-2023-2-864
Раздел: Машиностроение и машиноведение | Рубрика: Роботы, мехатроника и робототехнические системы
Ключевые слова: алгоритмы фильтрации, инерциальные датчики положения, комплементарный алгоритм, фильтр Калмана, фильтр Маджвика, системы позиционирования, дрейф гироскопа, кватернионные вычисления
Опубликовано: 14.03.2023

Статья посвящена сравнению алгоритмов фильтрации, применяемых для обработки данных инерциальных датчиков углового положения объекта в пространстве. Для формирования задачи рассмотрены основные проблемы, с которыми разработчики сталкиваются при работе с электронными гироскопами и акселерометрами, созданными по MEMS-технологии. Для сравнения представлены три алгоритма фильтрации: комплементарный алгоритм, алгоритмы Калмана и Маджвика. Исследованы принципы, на которых построены данные алгоритмы, и выполнен анализ их основных преимуществ и недостатков. Сделан вывод о выборе оптимального алгоритма для задачи в общем случае с точки зрения автора.

Литература

[1] Urrea C., Agramonte R. Kalman filter: historical overview and review of its use in robotics 60 years after its creation. J. Sensors, 2021, vol. 2021, no. 5, art. 9674015. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/9674015

[2] Kalman R.E. A new approach to linear filtering and prediction problems. J. Basic Eng., 1960, vol. 82, no. 1, pp. 35–45. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3662552

[3] Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М., Наука, 1989.

[4] Доступно о кватернионах и их преимуществах. habr.com: веб-сайт. URL: https://habr.com/ru/post/426863/ (дата обращения: 17.12.2022).

[5] Altmann S.L. Hamilton, Rodrigues, and the quaternion scandal. Math. Mag., 1989, vol. 62, no. 5, pp. 291–308. DOI: https://doi.org/10.2307/2689481

[6] Madgwick S.O.H. An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays. X-io and University of Bristol, 2010.

[7] Оценивание пространственной ориентации, или как не бояться фильтров Махони и Маджвика. habr.com: веб-сайт. URL: https://habr.com/ru/post/438060/ (дата обращения: 17.12.2022).

[8] Madgwick S.O.H., Harrison A.J.L., Vaidyanathan R. Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm. Proc. IEEE Int. Conf. on Rehabilitation Robotics, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/ICORR.2011.5975346

[9] Madgwick S.O.H. AHRS algorithms and calibration solutions to facilitate new applications using low-cost MEMS. PhD Theses. University of Bristol, 2014.