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Título: Algoritmo de calibração de magnetômetros triaxiais utilizando ajuste de quádrica por distância algébrica
Autor(es): Mucciaccia, Sérgio Silva
Orientador: Frizera Neto, Anselmo
Coorientador: Salles, Evandro Ottoni Teatini
Data do documento: 22-Ago-2017
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: As medidas obtidas de sensores de campo magnético são sensíveis a perturbações e erros, sendo necessário um método de calibração que pode melhorar consideravelmente sua precisão. O ajuste de elipsoides é um dos métodos mais utilizados para calibração de magnetômetros, porém a maioria dos algoritmos utiliza métodos iterativos, causando problemas de tempo de execução e convergência. Como alternativa, propõe-se um algoritmo direto de cálculo dos parâmetros de calibração utilizando o método dos mínimos quadrados com a métrica de distância algébrica. O presente trabalho apresenta um algoritmo de calibração de magnetômetros e a sua utilização em um sistema de calibração e fusão de dados de magnetômetros, acelerômetros e giroscópios baseado em um filtro de Kalman formando um sensor inercial capaz de obter sua orientação no espaço. As simulações computacionais e testes com dados reais mostram que o algoritmo de calibração elimina quase a totalidade dos erros lineares, enquanto executa muito mais rápido que os algoritmos tradicionais encontrados na literatura. As medições de um magnetômetro calibrado com o algoritmo proposto são utilizadas em conjunto com medições provenientes de acelerômetros e giroscópios para formar uma unidade de medição inercial (IMU) usando um filtro de Kalman simples. O sistema completo funcionou como esperado e os resultados dos testes indicam que o algoritmo de calibração de magnetômetros é adequado para utilização em uma IMU, sendo mais de dez vezes mais rápido que os algoritmos tradicionais e apresentando precisão similar.
The measurements obtained from magnetometers are sensitive to disturbances and errors, requiring a calibration method that can considerably improve accuracy. The ellipsoid fitting is one of the most widely used methods for magnetometer calibration, but most algorithms use iterative methods, causing runtime and convergence problems. As an alternative, a direct algorithm based on the method of least squares using the algebraic distance metric is proposed. This present work presents an algorithm of calibration of magnetometers and its use in a system of calibration and fusion of data of magnetometers, accelerometers and gyroscopes based on a Kalman filter forming an inertial sensor able to obtain its orientation in the space. Computational simulations and tests with real data show that the calibration algorithm eliminates almost all the linear errors while performing much faster than traditional algorithms. Measurements of a magnetometer calibrated with the proposed algorithm are used in conjunction with measurements from accelerometers and gyroscopes to form an inertial measurement unit (IMU) using a simple Kalman filter. The complete system worked as expected and the test results indicate that the magnetometer calibration algorithm is suitable for use in an IMU being more than ten times faster than traditional algorithms and presenting similar accuracy
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/6913
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