Tôi có thể tích hợp dữ liệu từ một gia tốc kế để ghi lại quỹ đạo chuyển động không?


7

Tôi muốn sử dụng một thiết bị gia tốc kế để ghi lại quỹ đạo chuyển động, độ phân giải cao và độ ồn thấp nhất có thể. Chẳng hạn, giả sử tôi chạy một tuyến đường chạy bộ dài 6 km, quay trở lại chính xác vị trí tôi đã bắt đầu. Vì vậy, tôi có ý tưởng rằng tôi có thể làm được nếu không có mô-đun GPS và chỉ ghi ở tốc độ không đổi dữ liệu từ gia tốc kế, giả sử ADXL345 .

Câu hỏi của tôi như vậy:

  • Tôi có thể sử dụng gia tốc kế 3 trục để tích hợp hai lần, từ tăng tốc đến vận tốc đến khoảng cách không?
  • nếu hạn chế là tôi trở về vị trí chính xác từ nơi tôi bắt đầu, tôi có thể áp dụng sửa lỗi cho quỹ đạo bù cho độ lệch, để tọa độ (x, y, z) cuối cùng của dữ liệu được ghi và tích hợp trở thành giống hệt cái đầu tiên?
  • nói rằng tôi chạy từ vị trí A đến B và trở lại A lần nữa. Nếu tôi áp dụng hiệu chỉnh trôi được đề cập, tôi vẫn có vị trí đúng / đúng của điểm B không?

Nếu không, làm thế nào tôi đạt được điều này? Tôi có phải kết hợp gia tốc kế với GPS không?


Đáng buồn thay, không có câu hỏi nào của bạn là dành riêng cho Raspberry Pi và không có chủ đề ở đây. Nhìn vào chủ đề của bạn, tôi nghĩ bạn có thể tìm thấy sự giúp đỡ nhiều nhất trên bảng Vật lý .
goobering

Điều này xuất hiện khá rộng và có lẽ sẽ cần một bài luận để trả lời.
gia

Chà, tôi muốn biết liệu có ai làm điều gì đó như thế này không, trên Raspberry Pi. Ba câu hỏi có thể được trả lời ngắn gọn là Có / Không hoặc hy vọng bằng một hoặc hai câu. Tôi không thấy đây là một câu hỏi đặc biệt rộng. Có khả thi hay không? Nếu không, đó là một cách tiếp cận tốt hơn?
0__

Như mkeith nói, ở mức tối thiểu bạn cũng cần một con quay hồi chuyển (và yu có thể mua IC với cả hai được kết hợp) NHƯNG với bất cứ điều gì như chi phí thấp, đơn vị điều hướng quán tính được hình thành chỉ có độ chính xác ngắn hạn do nhiều lỗi khác nhau.
Russell McMahon

Ghi lại dữ liệu thô từ gia tốc kế cho một lần chạy mẫu (bắt đầu bằng một lần rút ngắn). Tải nó vào Matlab - hoặc thậm chí là một bảng tính và tích hợp gấp đôi. Xem nơi nó kết thúc.
Brian Drumond

Câu trả lời:


23

Không, điều này sẽ không hoạt động trên lý thuyết hoặc thực hành vì bạn không có cảm biến để ghi lại chuyển động quay. Khi bạn xoay một gia tốc kế, không thể phát hiện ra rằng hệ tọa độ của nó đã xoay đối với hệ tọa độ mong muốn. Những gì bạn đang cố gắng làm được gọi là điều hướng quán tính. Về nguyên tắc, để thực hiện điều hướng quán tính, bạn cần một gia tốc kế ba trục cũng như con quay ba trục (hoặc cảm biến tốc độ góc) để chụp chuyển động quay. Sau đó, dữ liệu tăng tốc có thể được chuyển đổi thành chuyển vị trong khung tham chiếu bạn đang sử dụng.

Trong thực tế, ngay cả khi bạn thêm một con quay hồi chuyển, việc thực hiện điều này một cách chính xác là rất khó vì các lỗi nhỏ liên tục trong gia tốc trở thành lỗi vị trí rất lớn trong quá trình tích hợp. Ân sủng duy nhất trong trường hợp của bạn là nếu bạn thêm giả định rằng bạn bắt đầu và dừng ở cùng một vị trí, bạn có thể tận dụng điều đó để hiệu chỉnh độ trôi (một lần nữa, giả sử bạn thêm con quay 3 trục). Mặc dù người dùng CortAmmon bày tỏ sự hoài nghi rằng thông tin bổ sung này sẽ đủ để hiệu chỉnh bất kỳ độ lệch nào trong phép đo gia tốc.

CortAmmon chỉ ra rằng đơn vị đo lường quán tính Northrup Grumman LN200 có giá 90.000 đô la Mỹ, và có thể dự kiến ​​sẽ có một lỗi vị trí được đo bằng km sau thời gian cần thiết để chạy. Các mặt hàng như thế này không chỉ rất đắt tiền, mà còn có khả năng "kiểm soát xuất khẩu" nếu được sản xuất tại Mỹ. Lý do là các đơn vị hải quân quán tính được sử dụng trong tên lửa. Điều này mang lại cho họ khả năng bắn trúng mục tiêu ngay cả khi GPS đang bị kẹt.


1
Nếu bạn thêm một con quay hồi chuyển và GPS, bạn có thể sử dụng dữ liệu cảm biến để thực hiện tính toán chết (điều hướng quán tính) giữa các bản sửa lỗi GPS. Đó là đặt cược tốt nhất của bạn. Xác định chết là một thuật ngữ cũ có từ thời của những chiếc thuyền buồm.
mkeith

1
Một giờ là một khoảng thời gian rất rất dài để IMU nghĩ đến sự tích hợp. Hãy xem xét ví dụ về một chiếc LN200, được sử dụng trong một số thiết bị quân sự có độ tin cậy cao và có giá cực kỳ cao. Tôi đã thấy ước tính $ 90k cho một thiết bị. Mặc dù vậy, chúng sẽ bị tắt hàng km sau khi bạn chạy và rất khó để khắc phục lỗi tăng tốc bằng cách đơn giản tuyên bố "Tôi trở lại nơi tôi đã bắt đầu, đi sửa phần còn lại của con đường"
Cort Ammon

@CortAmmon, cảm ơn thông tin. Bạn có nghĩ rằng những gì OP đang cố gắng làm là vô vọng, ngay cả khi những hạn chế / giả định khác nhau được đưa vào?
mkeith

2
Điều hướng quán tính qua các khung thời gian với bất kỳ độ chính xác hữu ích nào là vô vọng trừ khi bạn hợp nhất dữ liệu với một số nguồn khác. Một sự lan truyền lỗi của vài trăm micro-gees trong một giờ là quá khó để loại bỏ nếu bạn chỉ nhận được hai điểm đăng ký, một ở đầu và một ở cuối. Và bất kỳ IMU có thể nhận được thậm chí từ xa gần rằng loại chính xác sẽ là xa đắt hơn một GPS. Một đơn vị Parallax GPS trị giá 20 đô la sẽ cung cấp kết quả tốt hơn nhiều so với việc tích hợp dữ liệu từ IMU 200.000 đô la.
Cort Ammon

1
Các giới hạn thực tế khác nhau tùy theo quốc gia nhưng hầu hết các quốc gia đều tuân theo hiệp ước Chế độ kiểm soát công nghệ tên lửa. Phụ lục kỹ thuật MTCR chỉ định độ lặp lại của hệ số gia tốc kế tối thiểu tốt hơn 1250 ppm và độ lặp lại sai lệch lớn hơn 1250 uG. Con quay hồi chuyển được giới hạn ở độ trôi RMS dưới 0,5 độ RMS / giờ. Thực hiện tốt hơn các giới hạn này và thiết bị của bạn bị hạn chế bởi kiểm soát vũ khí.
Peter

1

Có, bạn có thể tích hợp gia tốc (ít nhất là theo đường thẳng) để có khoảng cách.

Như mkeith chỉ ra, ngay cả khi nó hoạt động, nó sẽ chỉ chính xác trong khoảng cách rất ngắn.

Ngay cả khi kết hợp với GPS, bạn không thể sử dụng phương pháp này để bù cho sự thiếu chính xác của GPS. Có thể mua GPS vi sai, nhưng chúng nằm ngoài tầm với của hầu hết các hobbiests.

Không biết ứng dụng của bạn, nhưng bạn có thể xem xét việc tam giác hóa bằng đèn LED IR.


Tất nhiên, bạn đúng! Tôi đã đến đó nếu tôi dành thêm một phần nghìn giây cho nó !! Sẽ chỉnh sửa nó ra. Hừm. Bây giờ nó là một nhận xét nhiều hơn là một câu trả lời!
KDM

Cảm ơn. "Không biết ứng dụng của bạn" - chúng tôi sẽ là một dự án nghệ thuật, vì vậy không có xe nào gặp sự cố khi có lỗi tính toán. Cho rằng GPS quá đắt, có lẽ tôi sẽ chỉ bắn một phát cho sự kết hợp giữa gia tốc kế và con quay hồi chuyển.
0__

1
@ 0__, nếu bạn cũng có thể thêm một la bàn điện tử (la bàn thông lượng) có thể giúp hiệu chỉnh các lỗi con quay hồi chuyển. Nói chung, bạn càng có thể kết hợp nhiều giả định vào giai đoạn xử lý dữ liệu, bạn càng có nhiều khả năng có kết quả chấp nhận được.
mkeith
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.