Modelagem de ruídos de giroscópios MEMS comerciais para aplicações em navegação inercial

Abstract

A utilização de unidades inerciais (IMU) está cada vez mais presente nas tecnologias de navegação inercial e só tende a crescer. Atualmente, as soluções com maior acurácia e precisão possuem um custo elevado e não podem ser aplicadas em todos os projetos que necessitam de uma unidade inercial. Por conta disso, projetos de baixo custo não são capazes de utilizar unidades com uma acurácia e precisão que satisfaçam os requisitos de medições mais precisas e algumas soluções de engenharia contribuem para compensar isso. Uma dessas possíveis soluções é a junção de diferentes unidades inerciais de baixo custo e uma fusão dos dados obtidos a fim de se aproximar dos resultados de outras unidades bem mais custosas. Será exposto o desenvolvimento de um modelo genérico no Simulink do MATLAB para a simulação de sinais de giroscópios MEMS que possibilite, futuramente, o projeto de sistemas com múltiplas IMU e fusão de dados para posicionamento inercial. Com o modelo é possível instanciar vários giroscópios diferentes e atribuir a todos o mesmo perfil de temperatura e ângulos de entrada. O modelo foi ajustado e validado em comparação a dados de três IMU físicas de baixo custo. Os ruídos foram quantizados através de uma análise pela Variância de Allan dos dados obtidos empiricamente e o modelo ajustado até produzir uma Variância de Allan semelhante a das aquisições.

The use of inertial units (IMU) is increasingly present in the technologies used in inertial navigation and only tends to grow. Currently, solutions with greater accuracy have a high cost and cannot be applied to all projects that require an inertial unit. Because of this, these devices are not suitable for low cost projetcs, and the low-cost do not meet the precision and accuracy required for some applications, requiring segineer solutions to compensate for it. One of these possible solutions is fusing different low cost inertial units and a fusion of the data obtained in order to approximate the results of other much more expensive units. The development of a generic model in MATLAB's Simulink for the simulation of MEMS gyroscope signals will be exposed, which will enable, in the future, the design of systems with multiple IMUs and data fusion for inertial positioning. With the model it is possible to instantiate several different gyroscopes and assign them all the same temperature profile and entry angles. The model was adjusted and validated against data from three low-cost physical IMUs. The noises were quantized through an analysis by Allan's Variance of the data obtained empirically and the model adjusted until producing an Allan's Variance similar to that of the acquisitions.