Over the last few decades, Gyro-Free IMUs have been extensively researched to overcome the limitations of gyroscopes. This research presents a Non-coplanar Accelerometer Array (NAA) for estimating angular velocity with non-specific geometric arrangement of four or more triaxial accelerometers with non-coplanarity constraint. The presented proof of non-coplanar spacial arrangement also provides insights into propagation of the sensor noise and construction of the noise covariance matrices. The system noise depends on the singular values of the relative displacement matrix (between the sensors). A dynamical system model with uncorrelated process and measurement noise is proposed where the accelerometer readings are used simultaneously as process and measurement inputs. The angular velocity is estimated using an EKF that discretizes and linearizes the continuous-discrete time dynamical system. The simulations are performed on a Cube-NAA (Cu-NAA) comprising four accelerometers placed at different vertices of a cube. They analyze the estimation error for static and dynamic movement as the distance between the accelerometers is varied. Here, the system noise is observed to decrease inversely with the length of the cube edge as the arrangement is kept identical. Consequently, the simulation results indicate asymptotic decrease in the standard error of estimation with edge length. The experiments are conducted on a Cu-NAA with five reflective optical markers. The reflective markers are visually tracked using VICON to construct the ground truth. This unique experimental setup, apart from providing three degrees of rotational freedom of movement, also allows for three degrees of spacial translation (linear acceleration of the Cu-NAA in space). The simulation and experimental results indicate better performance of the proposed EKF as compared to one with correlated process and measurement noises.


翻译:在过去几十年中,为克服陀螺仪的局限性,对无陀螺仪IMU进行了广泛的研究,以克服陀螺仪的局限性。这一研究展示了一种非平面加速仪阵列(NAA),以估计具有4个或4个以上带有非平面限制的角形加速仪的不具体几何安排的角形速度。所提供的非平面和平安排证据也为传感器噪音的传播和噪声共振动矩阵的构建提供了深刻的洞察力。系统噪音取决于相对偏移矩阵(传感器之间)的单值。一个具有不直线加速仪相关进程和测量噪音(NAA)的动态系统模型,以非平面阵列速度阵列速度计算速度速度速度速度和4个直径阵列阵列阵列阵列速度。在轨距的轨距轨距值上,通过轨距轨距的轨距分析结果,通过轨距的轨距的轨距测量结果显示,通过轨距的轨距的轨距和行距的轨距,通过轨距的轨距的轨距显示,通过轨距的轨距的轨距的轨距的轨距的轨距显示,通过轨距的轨距的轨距的轨距的轨距的轨距的轨距的轨距将使使的轨距的轨距的轨距的轨距的轨距的轨距将使结果的轨距显示。

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