Utilize este identificador para referenciar este registo:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42009
Título: | Method of calibration MEMS accelerometer and magnetometer for increasing the accuracy determination angular orientation of satellite antenna reflector |
Outros títulos: | Метод калібрування MEMS акселерометра та магнітометра для підвищення точності визначення кутової орієнтації рефлектора супутникової антени |
Autor: | Паламар, Михайло Іванович Горин, Тарас Ігорович Паламар, Андрій Михайлович Батюк, Віталій Васильович Palamar, Mykhaylo Horyn, Taras Palamar, Andriy Batuk, Vitaliy |
Affiliation: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, Україна Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine |
Bibliographic description (Ukraine): | Method of calibration MEMS accelerometer and magnetometer for increasing the accuracy determination angular orientation of satellite antenna reflector / Mykhaylo Palamar, Taras Horyn, Andriy Palamar, Vitaliy Batuk // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2022. — Vol 108. — No 4. — P. 79–88. |
Bibliographic description (International): | Palamar M., Horyn T., Palamar A., Batuk V. (2022) Method of calibration MEMS accelerometer and magnetometer for increasing the accuracy determination angular orientation of satellite antenna reflector. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 108, no 4, pp. 79-88. |
Is part of: | Вісник Тернопільського національного технічного університету, 4 (108), 2022 Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 4 (108), 2022 |
Journal/Collection: | Вісник Тернопільського національного технічного університету |
Issue: | 4 |
Volume: | 108 |
Data: | 25-Jan-2023 |
Submitted date: | 12-Dez-2022 |
Date of entry: | 4-Jul-2023 |
Editora: | ТНТУ TNTU |
Place of the edition/event: | Тернопіль Ternopil |
DOI: | https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2022.04.079 |
UDC: | 681.2 |
Palavras-chave: | MEMS давач кута енкодер калібрування опорно-поворотна платформа система керування антенна система MEMS angle sensor encoder calibration support-rotary platform control system antenna system |
Number of pages: | 10 |
Page range: | 79-88 |
Start page: | 79 |
End page: | 88 |
Resumo: | Досліджено похибки, що виникають унаслідок впливу нелінійних характеристик MEMS акселерометрів, які з’являються при великих кутах нахилу опорно-поворотної платформи антенної системи, а також за наявності магнітного схилення, яке зумовлене впливом магнітного поля Землі на магнітометр. Дослідження проведено з метою оцінювання можливості використання таких давачів для підвищення точності керування супутниковою антеною з класичною опорно-поворотною платформою. Експериментальна установка для дослідження параметрів MEMS давачів дозволяє проводити порівняння результатів вимірювання з прецизійним оптичним енкодером у діапазоні 0° ÷ 60° по куту місця та по осі азимута. Результати експериментальних досліджень показують основні джерела похибок MEMS давачів. Запропоновано метод підвищення точності визначення кутового положення антенної системи за допомогою тривісного акселерометра та магнітометра. Проведено процедуру калібрування перед початком проведення досліджень. Основною перевагою запропонованого підходу до визначення вектора оцінювання методом найменших квадратів є можливість проведення процедури калібрування без прив’язки до системи координат. Даний метод дає змогу позбутися похибки зміщення нуля, а також компенсувати неодиничний масштаб осей давачів та похибку кутової орієнтації магнітометра. Отримання даних кутового положення з використанням показів MEMS акселерометра та магнітометра ґрунтується на використанні кутів Ейлера, що визначають три повороти системи, які дозволяють привести будь-яке положення антенної системи до необхідного. Застосування цього методу має практичне значення в робототехніці, проектуванні безпілотних літальних апаратів та багатьох інших технічних системах. Запропонований метод дає змогу підвищити надійність та знизити вартість таких систем. The paper is devoted to the measurement errors investigation that arise due to the influence of MEMS accelerometers' nonlinear characteristics. They appear at large inclination angles of the antenna system support-rotary platform, as well as in the presence of a magnetic inclination, which is due to the peculiarity of the Earth's magnetic field for the magnetometer. The study was conducted to assess the possibility of using such devices to increase the accuracy of a satellite antenna control with a classic rotary platform. The experimental setup for researching the parameters of MEMS sensors allows comparison of measurement results with data obtained from precision optical encoder. The experimental results show the main sources of MEMS sensors errors. An accuracy increasing method of antenna system angular position determining using a triaxial accelerometer and a magnetometer is proposed. The main advantage of the proposed estimation vector determining approach using the least squares method is the possibility of carrying out the calibration procedure without reference to the coordinate system. The method makes it possible to get rid of the zero offset error, as well as compensate for the non-unit scale of the sensor axes and the error of the magnetometer angular orientation. This method can be used for many applications including robotics, design of unmanned aerial vehicles and many other technical systems. The proposed method makes it possible to increase the reliability and reduce the cost of such systems. |
URI: | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42009 |
ISSN: | 2522-4433 |
Copyright owner: | © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2022 |
URL for reference material: | https://doi.org/10.3390/mi13060879 https://doi.org/10.1007/s11771-013-1834-y https://doi.org/10.3390/s140508485 https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2019.8870679 https://doi.org/10.1109/INERTIAL48129.2020.9090016 https://doi.org/10.1109/ICInfA.2016.7832152 https://doi.org/10.3390/s20030947 https://doi.org/10.1109/PLANS.2018.8373378 https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.02.129 https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.03.133 https://doi.org/10.1109/IDAACS.2017.8095246 |
References (Ukraine): | 1. Коврижкін О. Г., Мельникович В.Б., Горін І. Я. Використання магнітометрів для визначення кутової орієнтації безпілотного літального апарата. Наукоємні технології, Вип. 4. № 4. 2009. С. 39–42. 2. Ru X., Gu N., Shang H., Zhang H. MEMS Inertial Sensor Calibration Technology: Current Status and Future Trends. Micromachines. 2022. Vol. 13. No. 6. P. 879–906. https://doi.org/10.3390/mi13060879 3. Паламар М., Мальований П., Паламар Я. Підвищення точності вимірювання нахилу опорно-поворотної платформи антенної системи за допомогою MEMS акселерометра. Вісник ТНТУ. 2015. Вип. 78. № 2. С. 164–170. 4. Yang J., Wu W., Wu Y., Lian J. An iterative calibration method for nonlinear coefficients of marine triaxial accelerometers. Journal of Central South University. 2013. 20 (11). P. 3103–3115. https://doi.org/10.1007/s11771-013-1834-y 5. Liu Y. X., Li X. S., Zhang X. J., Feng Y. B. Novel calibration algorithm for a three-axis strapdown magnetometer. Sensors. 14 (5). 2014. P. 8485–8504. https://doi.org/10.3390/s140508485 6. Lee C. Sensor as a solution: recent progress in intelligent sensors development. In 2019 IEEE 32nd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). 2019. P. 256–256. https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2019.8870679 7. Паламар М., Чайковський А. Розробка та метрологічний аналіз прецизійного датчика кута для антенних систем. Вісник ТДТУ. 2008. Вип. 13. № 4. С. 158–165. 8. Rao K., Liu H., Wei X., Wu W., Hu C., Fan J., Tu L.C. A High-resolution area-change-based capacitive MEMS accelerometer for tilt sensing. In 2020 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems. 2020. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/INERTIAL48129.2020.9090016 9. Wang F., Cao J., Wu M., Guo Y. Accelerometer calibration optimal design based on high-precision three-axis turntable. In 2016 IEEE International Conference on Information and Automation (ICIA). 2016. P. 2028–2032. https://doi.org/10.1109/ICInfA.2016.7832152 10. Wang P., Gao Y., Wu M., Zhang F., Li G. In-field calibration of triaxial accelerometer based on beetle swarm antenna search algorithm. Sensors. 2020. Vol. 20., No. 3. P. 947–967. https://doi.org/10.3390/s20030947 11. Cui X., Li Y., Wang Q., Zhang M., Li J. Three-axis magnetometer calibration based on optimal ellipsoidal fitting under constraint condition for pedestrian positioning system using foot-mounted inertial sensor/magnetometer. In 2018 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS). 2018. P. 166–174. https://doi.org/10.1109/PLANS.2018.8373378 12. Palamar A. Control system simulation by modular uninterruptible power supply unit with adaptive regulation function. Scientific Journal of TNTU. 2020. Vol. 98. No. 2. P. 129–136. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.02.129 13. Palamar A. Methods and means of increasing the reliability of computerized modular uninterruptible power supply system. Scientific Journal of TNTU. 2020. Vol. 99. No. 3. P. 133–141. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.03.133 14. Palamar M., Pasternak Y., Palamar A., Poikhalo A. Precision tracking of the trajectory LEO satellite by antenna with induction motors in the control system. Proceedings of the 2017 IEEE 9th International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS 2017). Bucharest, Romania. 2017. Vol. 2. P. 1051–1055. https://doi.org/10.1109/IDAACS.2017.8095246 |
References (International): | 1. Kovryzhkin O. H., Melnykovych V. B., Horin I. Ia. Vykorystannia mahnitometriv dlia vyznachennia kutovoi oriientatsii bezpilotnoho litalnoho aparata. Naukoiemni tekhnolohii. Vol. 4. No. 4. 2009. P. 39–42. [In Ukrainian]. 2. Ru X., Gu N., Shang H., Zhang H. MEMS Inertial Sensor Calibration Technology: Current Status and Future Trends. Micromachines. 2022. Vol. 13. No. 6. P. 879–906. https://doi.org/10.3390/mi13060879 3. Palamar M., Malovanyi P., Palamar Ya. Pidvyshchennia tochnosti vymiriuvannia nakhylu oporno-povorotnoi platformy antennoi systemy za dopomohoiu MEMS akselerometra. Visnyk TNTU. Ternopil: TNTU. 2015. Vol. 78. No. 2. P. 164–170. [In Ukrainian]. 4. Yang J., Wu W., Wu Y., Lian J. An iterative calibration method for nonlinear coefficients of marine triaxial accelerometers. Journal of Central South University. 2013. 20 (11). P. 3103–3115. https://doi.org/10.1007/s11771-013-1834-y 5. Liu Y. X., Li X. S., Zhang X. J., Feng Y. B. Novel calibration algorithm for a three-axis strapdown magnetometer. Sensors. 14 (5). 2014. P. 8485–8504. https://doi.org/10.3390/s140508485 6. Lee C. Sensor as a solution: recent progress in intelligent sensors development. In 2019 IEEE 32nd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). 2019. P. 256–256. https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2019.8870679 7. Palamar M., Chaikovskyi A. Rozrobka ta metrolohichnyi analiz pretsyziinoho datchyka kuta dlia antennykh system. Visnyk TDTU. 2008. Vol. 13. No. 4. P. 158–165. [In Ukrainian]. 8. Rao K., Liu H., Wei X., Wu W., Hu C., Fan J., Tu L.C. A High-resolution area-change-based capacitive MEMS accelerometer for tilt sensing. In 2020 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems. 2020. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/INERTIAL48129.2020.9090016 9. Wang F., Cao J., Wu M., Guo Y. Accelerometer calibration optimal design based on high-precision three-axis turntable. In 2016 IEEE International Conference on Information and Automation (ICIA). 2016. P. 2028–2032. https://doi.org/10.1109/ICInfA.2016.7832152 10. Wang P., Gao Y., Wu M., Zhang F., Li G. In-field calibration of triaxial accelerometer based on beetle swarm antenna search algorithm. Sensors. 2020. Vol. 20. No. 3. P. 947–967. https://doi.org/10.3390/s20030947 11. Cui X., Li Y., Wang Q., Zhang M., Li J. Three-axis magnetometer calibration based on optimal ellipsoidal fitting under constraint condition for pedestrian positioning system using foot-mounted inertial sensor/magnetometer. In 2018 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS). 2018. P. 166–174. https://doi.org/10.1109/PLANS.2018.8373378 12. Palamar A. Control system simulation by modular uninterruptible power supply unit with adaptive regulation function. Scientific Journal of TNTU. 2020. Vol. 98. No. 2. P. 129–136. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.02.129 13. Palamar A. Methods and means of increasing the reliability of computerized modular uninterruptible power supply system. Scientific Journal of TNTU. 2020. Vol. 99. No. 3. P. 133–141. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.03.133 14. Palamar M., Pasternak Y., Palamar A., Poikhalo A. Precision tracking of the trajectory LEO satellite by antenna with induction motors in the control system. Proceedings of the 2017 IEEE 9th International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS 2017), Bucharest, Romania. 2017. Vol. 2. P. 1051–1055. https://doi.org/10.1109/IDAACS.2017.8095246 |
Content type: | Article |
Aparece nas colecções: | Вісник ТНТУ, 2022, № 4 (108) |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
TNTUSJ_2022v108n4_Palamar_M-Method_of_calibration_MEMS_79-88.pdf | 4,62 MB | Adobe PDF | Ver/Abrir | |
TNTUSJ_2022v108n4_Palamar_M-Method_of_calibration_MEMS_79-88.djvu | 578,63 kB | DjVu | Ver/Abrir | |
TNTUSJ_2022v108n4_Palamar_M-Method_of_calibration_MEMS_79-88__COVER.png | 1,3 MB | image/png | Ver/Abrir |
Todos os registos no repositório estão protegidos por leis de copyright, com todos os direitos reservados.