Имитационное моделирование инерциальных датчиков в системах виртуального окружения

Аннотация

в работе рассматривается задача имитационного моделирования инерциальных и магнитных датчиков в системах виртуального окружения. Для решения этой задачи представлены математические модели расчета показаний акселерометра, гироскопа и магнитометра с учетом их реальных параметров, влияния температуры, перекрестных связей и наличия шумов. Предлагается подход, в котором показания датчиков используются для вычисления углов Эйлера, задающих ориентацию объекта. При реализации разработанного подхода была задействована калибровка показаний акселерометра и гироскопа для уменьшения влияния ошибки дрейфа нуля. Вычисление углов Эйлера проводилось путем интегрирования значений гироскопа, а также на основе полученных соотношений относительно данных акселерометра и магнитометра. При этом для ликвидации накопления ошибки интегрирования вследствие наличия шумов датчиков был реализован комплементарный фильтр, в котором вычисленные углы смешиваются в заданной пропорции. Апробация предлагаемых методов и подходов была проведена в созданном нами комплексе виртуального окружения на примере моделирования движения виртуальных моделей квадрокоптера и вертолета соосной схемы. Результаты апробации показали адекватность предлагаемых в статье решений и их применимость при реализации современных видеотренажеров, предназначенных для обучения операторов навыкам управления беспилотными летательными аппаратами