慣性航法の主要コンポーネントとして、IMUの測定精度はナビゲーションシステムの全体的な性能を直接決定します。IMUの2次元キャリブレーションは、主に水平面（通常はピッチ-ロールまたは方位角-ピッチの組み合わせ）における加速度計とジャイロスコープの誤差パラメータをキャリブレーションすることを含みます。高精度な角度位置決めと姿勢制御能力を持つ2軸レートテーブルは、このキャリブレーションを実現するための主要な機器です。この記事では、業界標準とエンジニアリングの実践に基づいて、2軸レートテーブルを使用した2次元IMUキャリブレーションの全プロセスを詳細に説明し、事前キャリブレーション準備、コアキャリブレーション手順、データ処理と検証、最終ステップの4つの主要段階をカバーし、キャリブレーションプロセスの標準化 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な再現性 、および キャリブレーション 結果の信頼性を確保します。I. キャリブレーション前の準備キャリブレーション精度を確保するためには、事前キャリブレーション準備が不可欠です。各ステップがキャリブレーション要件を満たすように、機器の選択と検査、環境条件の制御、IMUの設置とデバッグ、ソフトウェアシステムのセットアップの4つの側面で実行する必要があります。(
①
) 機器の選択と検査
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。: ピッチとロールの2次元方向に基づいて、6つの典型的な静的姿勢が計画されています（重力加速度が加速度計のX、Y、Zの感度軸を完全にカバーするようにします）。具体的な姿勢は次のとおりです：①ピッチ0°、ロール0°（Z軸が重力の方向に沿って正）；②ピッチ0°、ロール180°（Z軸が重力の方向に沿って負）；③ピッチ90°、ロール0°（X軸が重力の方向に沿って正）；④ピッチ90°、ロール180°（X軸が重力の方向に沿って負）；⑤ピッチ0°、ロール90°（Y軸が重力の方向に沿って正）；⑥ピッチ0°、ロール270°（Y軸が重力の方向に沿って負）。レート
IMUの: IMUの精度レベルとキャリブレーション要件に基づいて、角度位置精度、角速度安定性、軸直交性の要件を満たす2軸 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルを選択します。中～高精度IMU（ナビゲーショングレードIMUなど）の場合、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な2. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: IMUに電力を供給するために高精度電源（出力電圧安定性≤0.1%）を用意し、電圧変動が測定誤差を引き起こさないようにします。データ収集カード（サンプリングレート≥100Hz、分解能≥16ビット）を使用して、IMUが出力する加速度と角速度信号、および
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。テーブルの角度位置/角速度フィードバック信号を取得します。レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な水準器 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な3. 機器のキャリブレーションと検証: 2軸
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。テーブルの予備キャリブレーションを実行して、角度位置, 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な精度、軸直交性など、他の技術仕様を検証します。異なる角度位置でのレートテーブルの各軸の実際の値と指令値を測定して、偏差が許容範囲内であることを確認します。レートテーブルの水平基準面をチェックして、その水平度が5 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な( 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な) 環境条件の制御1. 温度制御
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。2. 振動と干渉の制御
IMUの, 大型車両など
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。振動絶縁基礎の構築または振動絶縁パッドの設置など）を講じて、環境振動加速度が≤0.01gになるようにする必要があります。同時に、強い電磁干渉を避け、レートテーブル、IMU、データ収集機器を接地（接地抵抗≤4Ω）して、IMU出力信号への電磁ノイズ干渉を軽減します。3. 気圧と湿度の制御: 気圧を使用してキャリブレーションを行うIMU（気圧計を備えた一部の複合IMUなど）の場合、周囲の気圧を標準大気圧（101.325kPa±1kPa）に安定させ、相対湿度を40%〜60%に制御して、湿度の変化がIMUの内部回路を湿らせたり、絶縁性能を低下させたりするのを防ぎます。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な③
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。1. 機械的設置
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。2軸レートテーブルのワークテーブルに固定し、IMUの感知軸が
IMUのテーブルの座標軸に合わせるようにします。通常、IMUのX軸はレートテーブルの内側（または外側）軸の回転軸と平行である必要があり、Z軸はレートキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。2. キャリブレーションプロセス説明：キャリブレーション姿勢/速度ポイント計画、データ収集パラメータ、誤差モデル、および解アルゴリズム；: IMUとキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。テーブル間のアライメント精度は、水準器とレーザー位置決め器を使用してキャリブレーションされます。まず、
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。テーブルを水平位置に調整し、IMUのZ軸が重力の方向と平行になるようにします。次に、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な3. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: IMUを電源とデータ収集カードに接続し、確実な配線と良好な接触を確保して、緩い接続による信号損失や歪みを回避します。IMUの電源を入れ、予熱します。予熱時間はIMUの種類によって異なります（ナビゲーショングレードIMUは通常30〜60分、コンシューマーグレードIMUは10〜20分）。IMUの内部温度が安定するようにします。予熱中に、IMUの出力信号の安定性を監視します。信号の変動、過度のノイズ、またはその他の異常が発生した場合は、配線または機器のトラブルシューティングを行います。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な④
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。1. 制御ソフトウェアの設定
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。レートテーブル制御ソフトウェアをインストールし、
IMUのテーブルの軸パラメータ（シャフト径、伝達比など）、制御モード（静的/動的）、角度位置/角速度設定などを設定します。同時に、データ収集トリガー条件を設定して、レートキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。2. データ収集ソフトウェアのデバッグ: データ収集ソフトウェアをデバッグし、サンプリングレート、サンプリング時間、データ保存形式（CSV、MATファイルなど）などのパラメータを設定します。IMU出力信号とキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。テーブルフィードバック信号の同期収集メカニズムを確立し、タイムスタンプが≤1msの誤差で整列するようにします。シミュレーション収集テストを通じてデータ収集の完全性と精度を検証し、データ損失や遅延などの問題をトラブルシューティングします。
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。キャリブレーションアルゴリズムの展開: キャリブレーション要件（加速度計のバイアス/スケーリングファクターキャリブレーション、ジャイロスコープのバイアス/スケーリングファクターキャリブレーションなど）に基づいて、対応するキャリブレーションアルゴリズム（最小二乗法、カルマンフィルタ法など）を展開します。アルゴリズムパラメータ（反復回数や収束閾値など）を初期化して、アルゴリズムがIMUの誤差パラメータを正確に解けるようにします。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なコアキャリブレーションプロセスは、IMUの2つのコアコンポーネントである加速度計とジャイロスコープを中心に展開されます。2軸
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。テーブルの静的ポジショニングと動的レート制御機能に基づいて、2次元の誤差パラメータが段階的にキャリブレーションされます。このプロセスでは、「ピッチ-ロール」2次元キャリブレーションを例として、加速度計の静的キャリブレーション、ジャイロスコープの静的ゼロバイアスキャリブレーション、ジャイロスコープの動的レートキャリブレーションの3つの主要なステップをカバーします。(
①
) 加速度計の静的キャリブレーション 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な1.
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。: ピッチとロールの2次元方向に基づいて、6つの典型的な静的姿勢が計画されています（重力加速度が加速度計のX、Y、Zの感度軸を完全にカバーするようにします）。具体的な姿勢は次のとおりです：①ピッチ0°、ロール0°（Z軸が重力の方向に沿って正）；②ピッチ0°、ロール180°（Z軸が重力の方向に沿って負）；③ピッチ90°、ロール0°（X軸が重力の方向に沿って正）；④ピッチ90°、ロール180°（X軸が重力の方向に沿って負）；⑤ピッチ0°、ロール90°（Y軸が重力の方向に沿って正）；⑥ピッチ0°、ロール270°（Y軸が重力の方向に沿って負）。2.
姿勢調整と安定化
IMUのレートテーブル制御ソフトウェアを介して順次送信されます。
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。テーブルがIMUを駆動してターゲット姿勢に回転した後、静的に安定した状態を保ちます。各姿勢の安定化時間は≥30秒で、IMUが出力する加速度信号の安定性（信号変動振幅≤0.001g）を確保します。安定化中に、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な3. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: 各姿勢が安定した後、データ収集ソフトウェアを起動して、IMUが出力するX、Y、Z軸加速度信号を取得します。サンプリング時間は≥10秒、サンプリングレートは≥100Hzです。同時に、 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルの実際の角度位置（ピッチ角θ、ロール角φ）を記録して、各感度軸への重力加速度の投影値（基準入力）を計算します。取得したデータは姿勢に従って保存され、姿勢情報とタイムスタンプが明確にラベル付けされています。
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。誤差モデルの確立とパラメータの解: 加速度計の誤差モデルが確立され、クロスカップリング誤差は無視されます（2次元キャリブレーションで簡略化できます）。誤差モデルは次のとおりです：a = K(a + b) (i=X,Y,Z)ここで、aはIMUが出力するi番目の軸の加速度、Kはi番目の軸のスケーリングファクター、aはi番目の軸の基準加速度（重力加速度の投影）、bはi番目の軸のゼロバイアスです。基準加速度a（θとφから計算、例えばZ軸基準加速度a=g·cosθ·cosφ、X軸基準加速度a=g·sinθ、Y軸基準加速度a=g·sinφ·cosθ、ここでgは重力加速度で、9.80665m/s²とします）と対応するaに基づいて、最小二乗法を使用してKとbを解きます。
②) ジャイロスコープの静的ゼロバイアスキャリブレーション
ジャイロスコープの静的ゼロバイアスは、角速度入力がない場合のジャイロスコープの出力偏差を指します。IMUが静止している間に長期的なデータ収集を行うことで解く必要があります。
(
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。) ジャイロスコープの動的レートキャリブレーションジャイロスコープの動的レートキャリブレーションの目的は、そのスケーリングファクターを解くことです。2軸
レート
テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。1. キャリブレーション姿勢の選択
: ピッチ0°、ロール0°の水平姿勢を選択します。この姿勢では、IMUには角速度入力がなく、ジャイロスコープの出力にはゼロバイアスとノイズのみが含まれます。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルはこの姿勢で回転する必要はありません。ステージを水平に安定させておくだけです。
IMUの長期データ収集: データ収集ソフトウェアを起動し、ジャイロスコープのX、Y、Z軸の出力信号を取得します。サンプリング時間は≥60分、サンプリングレートは≥100Hzにする必要があります。収集プロセス中に、周囲温度と 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルの姿勢を継続的に監視して、温度安定性（変動≤0.2℃）と姿勢ドリフトがないこと（偏差≤5″）を確保し、外部要因からの追加の誤差が発生しないようにします。
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。ゼロバイアスの計算: 取得したジャイロスコープ出力データは、外れ値を削除するために前処理されます（3σ基準を使用）。次に、各軸の出力信号の平均値が計算されます。この平均値は、ジャイロスコープの静的ゼロバイアスb（i=X,Y,Z）です。同時に、データの標準偏差を計算して、ジャイロスコープのノイズレベルを評価します。標準偏差が大きすぎる場合（IMUの技術仕様を超える場合）、機器の故障または環境干渉を調査する必要があります。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレートポイントの計画
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。レートテーブルがレートを安定して出力できること（レート安定性≤0.1°/s）を保証する必要があります。
レート出力と安定化: 各レートポイントのコマンドは、2軸 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブル制御ソフトウェアを介してピッチとロールの次元で順次送信されます。
テーブルがIMUを駆動してターゲットレートに回転した後、安定化時間は≥20秒で動的安定性を維持します。安定化中に、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な6. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: 各レートポイントが安定した後、データ収集ソフトウェアを起動して、ジャイロスコープの対応する感度軸の出力信号を取得します（例：ピッチ次元で回転するときはX軸ジャイロスコープ出力を取得し、ロール次元で回転するときはY軸ジャイロスコープ出力を取得します）。サンプリング時間は≥10秒、サンプリングレートは≥100Hzです。同時に、 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルの実際の角速度（基準入力ω）を記録し、レートポイントと次元に従ってデータを保存します。
: キャリブレーションに関与していない姿勢/速度ポイントを検証ポイントとして選択します。キャリブレーションされた誤差パラメータを誤差モデルに代入してIMU出力を補正し、補正されたIMU出力と基準入力の間の誤差を計算します。補正された誤差がIMUの技術仕様を満たしている場合（例：加速度測定誤差≤0.01g、角速度測定誤差≤0.5°/s）、キャリブレーション精度は良好です。誤差が要件を満たしていない場合は、キャリブレーションプロセスを再度最適化する（例：キャリブレーションにさらに多くの姿勢/速度ポイントを追加する、誤差モデルを調整する）必要があり、キャリブレーションを再度実行する必要があります。誤差モデルの確立とパラメータの解: ジャイロスコープのレート誤差モデルが確立され、クロスカップリング誤差は無視されます。モデルは次のとおりです： 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なここで、ωはジャイロスコープのi番目の軸の出力角速度、Kはi番目の軸のスケーリングファクター、ωはi番目の軸の基準角速度（
: IMUが広い温度範囲で動作する必要がある場合、異なる温度ポイント（例：-10℃、0℃、20℃、40℃、60℃）でキャリブレーション実験を繰り返して、誤差パラメータの温度による変動を検証できます。異なる温度条件下でのIMUの測定精度を向上させるために、誤差パラメータの温度補償モデルを確立できます。テーブルの実際の出力レート）、bはi番目の軸の静的ゼロバイアス（すでに静的キャリブレーションで解かれています）です。各レートポイントでωと対応するωをモデルに代入し、最小二乗法を使用してKを解きます。③.
データ処理と検証
データ処理と検証は、キャリブレーション結果の信頼性を確保するための重要なステップです。収集された生データは前処理する必要があり、誤差パラメータを解いた後、残差分析、再現性検証、精度検証を実行する必要があります。検証に失敗した場合は、プロセスをコアキャリブレーション手順に戻して再キャリブレーションする必要があります。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な外れ値の除去
: 3σ基準またはGrubbs基準を使用して、元のデータ（加速度、角速度信号）から外れ値を検出して削除します。3σ基準の場合、データの平均μと標準偏差σが計算されます。範囲[μ-3σ, μ+3σ]を超えるデータは外れ値として識別され、隣接するデータの補間によって置き換えられるか、直接削除されます。2.
フィルタリング
IMUの3. データ同期アライメント
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。レートテーブルフィードバック信号間のタイムスタンプの不一致に対処するために、線形補間が同期アライメントに使用されます。これにより、IMU出力データの各セットが正確な
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。テーブルの姿勢またはレート状態に対応し、同期誤差が≤1msになります。4. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なs 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なo
前処理されたデータを加速度計とジャイロスコープの誤差モデルに代入し、最小二乗法を使用して、ゼロバイアスやスケーリングファクターなどの誤差パラメータを解きます。複雑なシナリオでは、カルマンフィルタ法を使用してパラメータ解の結果を最適化し、パラメータ推定の精度と安定性を向上させることができます。5. 残差分析: 各キャリブレーションされた姿勢/レートポイントで、観測値（IMU出力）とモデル予測値の間の残差を計算します。残差は、誤差モデルの適合精度を反映しています。残差の平均が0に近く、標準偏差が小さい場合（加速度残差標準偏差≤0.002g、角速度残差標準偏差≤0.1°/s）、モデルがよく適合していることを示しています。残差が大きすぎるか、明確な傾向を示す場合は、誤差モデル（クロスカップリング誤差を考慮するなど）またはキャリブレーションデータの有効性を再検討する必要があります。6. 再現性検証
7. 精度検証
: キャリブレーションに関与していない姿勢/速度ポイントを検証ポイントとして選択します。キャリブレーションされた誤差パラメータを誤差モデルに代入してIMU出力を補正し、補正されたIMU出力と基準入力の間の誤差を計算します。補正された誤差がIMUの技術仕様を満たしている場合（例：加速度測定誤差≤0.01g、角速度測定誤差≤0.5°/s）、キャリブレーション精度は良好です。誤差が要件を満たしていない場合は、キャリブレーションプロセスを再度最適化する（例：キャリブレーションにさらに多くの姿勢/速度ポイントを追加する、誤差モデルを調整する）必要があり、キャリブレーションを再度実行する必要があります。8. 温度安定性検証（オプション）
: IMUが広い温度範囲で動作する必要がある場合、異なる温度ポイント（例：-10℃、0℃、20℃、40℃、60℃）でキャリブレーション実験を繰り返して、誤差パラメータの温度による変動を検証できます。異なる温度条件下でのIMUの測定精度を向上させるために、誤差パラメータの温度補償モデルを確立できます。9. データ分類ストレージ
: 前処理された生データ、誤差パラメータ解の結果、残差分析レポート、検証結果などは、キャリブレーション日、IMU番号、キャリブレーション環境条件に従って分類され、保存されます。データ保存形式は、データ可読性とトレーサビリティを確保するために、一般的な形式（CSV、MAT、PDFなど）を採用しています。10. データバックアップ
: アーカイブされたデータの複数のバックアップ（ローカルハードドライブやクラウドストレージなど）を実行して、データの損失を防ぎます。バックアップデータには、対応するターゲット、プロセス、および条件を明確に定義する、明確にラベル付けされたファイル名と説明ドキュメントが必要です。④. 仕上げ作業
最終ステップには、主にキャリブレーションデータのアーカイブ、機器の復元とメンテナンス、キャリブレーションレポートの作成が含まれ、キャリブレーションプロセスのトレーサビリティを確保し、IMUのその後の使用とメンテナンスの基礎を提供します。キャリブレーションレポートはキャリブレーション作業の要約であり、キャリブレーションプロセスと結果を包括的かつ正確に記録する必要があります。主に以下が含まれます：1. 機器のシャットダウンと分解
: キャリブレーション後、2軸レート
テーブル、IMU、およびデータ収集機器の電源をオフにします。IMUを固定具から順番に外し、IMUを取り外します。分解中は、IMUの感度コンポーネントを保護するために、衝突や振動を避けてください。
IMUの機器のc 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なm
は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。: 2軸レートテーブル、シャフトシステム、および固定具を清掃して、ほこりや破片を取り除きます。IMUを目視検査して、損傷がなく、配線ポートがきれいであることを確認します。機器の使用状況とメンテナンスの詳細を記録して、定期的な機器キャリブレーションの基礎を提供します。3. 機器パラメータの復元: 2軸キャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。テーブルとデータ収集機器のパラメータをデフォルトの状態に復元し、制御ソフトウェアと収集ソフトウェアを閉じ、機器が安全なスタンバイ状態にあることを確認します。
テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。キャリブレーションレポートには以下が含まれます 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な(1)
(2) キャリブレーション機器情報：2軸レート
テーブルモデルと精度クラス、データ収集機器モデルとサンプリングパラメータ、および補助機器リスト；(3)
キャリブレーション環境条件：温度、湿度、気圧、振動；(4) キャリブレーションプロセス説明：キャリブレーション姿勢/速度ポイント計画、データ収集パラメータ、誤差モデル、および解アルゴリズム；(5)
キャリブレーション結果：加速度計のゼロバイアスとスケーリングファクター、ジャイロスコープのゼロバイアスとスケーリングファクター、残差分析結果、再現性検証結果、および精度検証結果；(6)
結論と推奨事項：キャリブレーション結果が基準を満たしているかどうか、IMUの使用に関する推奨事項（温度補償、定期的な再キャリブレーションサイクルなど）、および機器のメンテナンスに関する推奨事項。⑤.
注意事項要約すると、
慣性航法の主要コンポーネントとして、IMUの測定精度はナビゲーションシステムの全体的な性能を直接決定します。IMUの2次元キャリブレーションは、主に水平面（通常はピッチ-ロールまたは方位角-ピッチの組み合わせ）における加速度計とジャイロスコープの誤差パラメータをキャリブレーションすることを含みます。高精度な角度位置決めと姿勢制御能力を持つ2軸レートテーブルは、このキャリブレーションを実現するための主要な機器です。この記事では、業界標準とエンジニアリングの実践に基づいて、2軸レートテーブルを使用した2次元IMUキャリブレーションの全プロセスを詳細に説明し、事前キャリブレーション準備、コアキャリブレーション手順、データ処理と検証、最終ステップの4つの主要段階をカバーし、キャリブレーションプロセスの標準化 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な再現性 、および キャリブレーション 結果の信頼性を確保します。I. キャリブレーション前の準備キャリブレーション精度を確保するためには、事前キャリブレーション準備が不可欠です。各ステップがキャリブレーション要件を満たすように、機器の選択と検査、環境条件の制御、IMUの設置とデバッグ、ソフトウェアシステムのセットアップの4つの側面で実行する必要があります。( ① ) 機器の選択と検査 テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。: ピッチとロールの2次元方向に基づいて、6つの典型的な静的姿勢が計画されています（重力加速度が加速度計のX、Y、Zの感度軸を完全にカバーするようにします）。具体的な姿勢は次のとおりです：①ピッチ0°、ロール0°（Z軸が重力の方向に沿って正）；②ピッチ0°、ロール180°（Z軸が重力の方向に沿って負）；③ピッチ90°、ロール0°（X軸が重力の方向に沿って正）；④ピッチ90°、ロール180°（X軸が重力の方向に沿って負）；⑤ピッチ0°、ロール90°（Y軸が重力の方向に沿って正）；⑥ピッチ0°、ロール270°（Y軸が重力の方向に沿って負）。レート IMUの: IMUの精度レベルとキャリブレーション要件に基づいて、角度位置精度、角速度安定性、軸直交性の要件を満たす2軸 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルを選択します。中～高精度IMU（ナビゲーショングレードIMUなど）の場合、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な2. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: IMUに電力を供給するために高精度電源（出力電圧安定性≤0.1%）を用意し、電圧変動が測定誤差を引き起こさないようにします。データ収集カード（サンプリングレート≥100Hz、分解能≥16ビット）を使用して、IMUが出力する加速度と角速度信号、および は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。テーブルの角度位置/角速度フィードバック信号を取得します。レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な水準器 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な3. 機器のキャリブレーションと検証: 2軸 テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。テーブルの予備キャリブレーションを実行して、角度位置, 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な精度、軸直交性など、他の技術仕様を検証します。異なる角度位置でのレートテーブルの各軸の実際の値と指令値を測定して、偏差が許容範囲内であることを確認します。レートテーブルの水平基準面をチェックして、その水平度が5 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な( 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な) 環境条件の制御1. 温度制御 テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。2. 振動と干渉の制御 IMUの, 大型車両など は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。振動絶縁基礎の構築または振動絶縁パッドの設置など）を講じて、環境振動加速度が≤0.01gになるようにする必要があります。同時に、強い電磁干渉を避け、レートテーブル、IMU、データ収集機器を接地（接地抵抗≤4Ω）して、IMU出力信号への電磁ノイズ干渉を軽減します。3. 気圧と湿度の制御: 気圧を使用してキャリブレーションを行うIMU（気圧計を備えた一部の複合IMUなど）の場合、周囲の気圧を標準大気圧（101.325kPa±1kPa）に安定させ、相対湿度を40%〜60%に制御して、湿度の変化がIMUの内部回路を湿らせたり、絶縁性能を低下させたりするのを防ぎます。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な③ テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。1. 機械的設置 テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。2軸レートテーブルのワークテーブルに固定し、IMUの感知軸が IMUのテーブルの座標軸に合わせるようにします。通常、IMUのX軸はレートテーブルの内側（または外側）軸の回転軸と平行である必要があり、Z軸はレートキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。2. キャリブレーションプロセス説明：キャリブレーション姿勢/速度ポイント計画、データ収集パラメータ、誤差モデル、および解アルゴリズム；: IMUとキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。テーブル間のアライメント精度は、水準器とレーザー位置決め器を使用してキャリブレーションされます。まず、 は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。テーブルを水平位置に調整し、IMUのZ軸が重力の方向と平行になるようにします。次に、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な3. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: IMUを電源とデータ収集カードに接続し、確実な配線と良好な接触を確保して、緩い接続による信号損失や歪みを回避します。IMUの電源を入れ、予熱します。予熱時間はIMUの種類によって異なります（ナビゲーショングレードIMUは通常30〜60分、コンシューマーグレードIMUは10〜20分）。IMUの内部温度が安定するようにします。予熱中に、IMUの出力信号の安定性を監視します。信号の変動、過度のノイズ、またはその他の異常が発生した場合は、配線または機器のトラブルシューティングを行います。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な④ テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。1. 制御ソフトウェアの設定 テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。レートテーブル制御ソフトウェアをインストールし、 IMUのテーブルの軸パラメータ（シャフト径、伝達比など）、制御モード（静的/動的）、角度位置/角速度設定などを設定します。同時に、データ収集トリガー条件を設定して、レートキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。2. データ収集ソフトウェアのデバッグ: データ収集ソフトウェアをデバッグし、サンプリングレート、サンプリング時間、データ保存形式（CSV、MATファイルなど）などのパラメータを設定します。IMU出力信号とキャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。テーブルフィードバック信号の同期収集メカニズムを確立し、タイムスタンプが≤1msの誤差で整列するようにします。シミュレーション収集テストを通じてデータ収集の完全性と精度を検証し、データ損失や遅延などの問題をトラブルシューティングします。 は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。キャリブレーションアルゴリズムの展開: キャリブレーション要件（加速度計のバイアス/スケーリングファクターキャリブレーション、ジャイロスコープのバイアス/スケーリングファクターキャリブレーションなど）に基づいて、対応するキャリブレーションアルゴリズム（最小二乗法、カルマンフィルタ法など）を展開します。アルゴリズムパラメータ（反復回数や収束閾値など）を初期化して、アルゴリズムがIMUの誤差パラメータを正確に解けるようにします。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なコアキャリブレーションプロセスは、IMUの2つのコアコンポーネントである加速度計とジャイロスコープを中心に展開されます。2軸 テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。テーブルの静的ポジショニングと動的レート制御機能に基づいて、2次元の誤差パラメータが段階的にキャリブレーションされます。このプロセスでは、「ピッチ-ロール」2次元キャリブレーションを例として、加速度計の静的キャリブレーション、ジャイロスコープの静的ゼロバイアスキャリブレーション、ジャイロスコープの動的レートキャリブレーションの3つの主要なステップをカバーします。( ① ) 加速度計の静的キャリブレーション 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な1. テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。: ピッチとロールの2次元方向に基づいて、6つの典型的な静的姿勢が計画されています（重力加速度が加速度計のX、Y、Zの感度軸を完全にカバーするようにします）。具体的な姿勢は次のとおりです：①ピッチ0°、ロール0°（Z軸が重力の方向に沿って正）；②ピッチ0°、ロール180°（Z軸が重力の方向に沿って負）；③ピッチ90°、ロール0°（X軸が重力の方向に沿って正）；④ピッチ90°、ロール180°（X軸が重力の方向に沿って負）；⑤ピッチ0°、ロール90°（Y軸が重力の方向に沿って正）；⑥ピッチ0°、ロール270°（Y軸が重力の方向に沿って負）。2. 姿勢調整と安定化 IMUのレートテーブル制御ソフトウェアを介して順次送信されます。 は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。テーブルがIMUを駆動してターゲット姿勢に回転した後、静的に安定した状態を保ちます。各姿勢の安定化時間は≥30秒で、IMUが出力する加速度信号の安定性（信号変動振幅≤0.001g）を確保します。安定化中に、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な3. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: 各姿勢が安定した後、データ収集ソフトウェアを起動して、IMUが出力するX、Y、Z軸加速度信号を取得します。サンプリング時間は≥10秒、サンプリングレートは≥100Hzです。同時に、 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルの実際の角度位置（ピッチ角θ、ロール角φ）を記録して、各感度軸への重力加速度の投影値（基準入力）を計算します。取得したデータは姿勢に従って保存され、姿勢情報とタイムスタンプが明確にラベル付けされています。 テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。誤差モデルの確立とパラメータの解: 加速度計の誤差モデルが確立され、クロスカップリング誤差は無視されます（2次元キャリブレーションで簡略化できます）。誤差モデルは次のとおりです：a = K(a + b) (i=X,Y,Z)ここで、aはIMUが出力するi番目の軸の加速度、Kはi番目の軸のスケーリングファクター、aはi番目の軸の基準加速度（重力加速度の投影）、bはi番目の軸のゼロバイアスです。基準加速度a（θとφから計算、例えばZ軸基準加速度a=g·cosθ·cosφ、X軸基準加速度a=g·sinθ、Y軸基準加速度a=g·sinφ·cosθ、ここでgは重力加速度で、9.80665m/s²とします）と対応するaに基づいて、最小二乗法を使用してKとbを解きます。 ②) ジャイロスコープの静的ゼロバイアスキャリブレーション ジャイロスコープの静的ゼロバイアスは、角速度入力がない場合のジャイロスコープの出力偏差を指します。IMUが静止している間に長期的なデータ収集を行うことで解く必要があります。 ( テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。) ジャイロスコープの動的レートキャリブレーションジャイロスコープの動的レートキャリブレーションの目的は、そのスケーリングファクターを解くことです。2軸 レート テーブルが出力する既知の角速度を基準入力として使用し、誤差モデルを確立し、ジャイロスコープの出力信号を測定してスケーリングファクターを解きます。1. キャリブレーション姿勢の選択 : ピッチ0°、ロール0°の水平姿勢を選択します。この姿勢では、IMUには角速度入力がなく、ジャイロスコープの出力にはゼロバイアスとノイズのみが含まれます。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルはこの姿勢で回転する必要はありません。ステージを水平に安定させておくだけです。 IMUの長期データ収集: データ収集ソフトウェアを起動し、ジャイロスコープのX、Y、Z軸の出力信号を取得します。サンプリング時間は≥60分、サンプリングレートは≥100Hzにする必要があります。収集プロセス中に、周囲温度と 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルの姿勢を継続的に監視して、温度安定性（変動≤0.2℃）と姿勢ドリフトがないこと（偏差≤5″）を確保し、外部要因からの追加の誤差が発生しないようにします。 は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。ゼロバイアスの計算: 取得したジャイロスコープ出力データは、外れ値を削除するために前処理されます（3σ基準を使用）。次に、各軸の出力信号の平均値が計算されます。この平均値は、ジャイロスコープの静的ゼロバイアスb（i=X,Y,Z）です。同時に、データの標準偏差を計算して、ジャイロスコープのノイズレベルを評価します。標準偏差が大きすぎる場合（IMUの技術仕様を超える場合）、機器の故障または環境干渉を調査する必要があります。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレートポイントの計画 テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。レートテーブルがレートを安定して出力できること（レート安定性≤0.1°/s）を保証する必要があります。 レート出力と安定化: 各レートポイントのコマンドは、2軸 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブル制御ソフトウェアを介してピッチとロールの次元で順次送信されます。 テーブルがIMUを駆動してターゲットレートに回転した後、安定化時間は≥20秒で動的安定性を維持します。安定化中に、レート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なレート 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な6. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な: 各レートポイントが安定した後、データ収集ソフトウェアを起動して、ジャイロスコープの対応する感度軸の出力信号を取得します（例：ピッチ次元で回転するときはX軸ジャイロスコープ出力を取得し、ロール次元で回転するときはY軸ジャイロスコープ出力を取得します）。サンプリング時間は≥10秒、サンプリングレートは≥100Hzです。同時に、 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なテーブルの実際の角速度（基準入力ω）を記録し、レートポイントと次元に従ってデータを保存します。 : キャリブレーションに関与していない姿勢/速度ポイントを検証ポイントとして選択します。キャリブレーションされた誤差パラメータを誤差モデルに代入してIMU出力を補正し、補正されたIMU出力と基準入力の間の誤差を計算します。補正された誤差がIMUの技術仕様を満たしている場合（例：加速度測定誤差≤0.01g、角速度測定誤差≤0.5°/s）、キャリブレーション精度は良好です。誤差が要件を満たしていない場合は、キャリブレーションプロセスを再度最適化する（例：キャリブレーションにさらに多くの姿勢/速度ポイントを追加する、誤差モデルを調整する）必要があり、キャリブレーションを再度実行する必要があります。誤差モデルの確立とパラメータの解: ジャイロスコープのレート誤差モデルが確立され、クロスカップリング誤差は無視されます。モデルは次のとおりです： 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なここで、ωはジャイロスコープのi番目の軸の出力角速度、Kはi番目の軸のスケーリングファクター、ωはi番目の軸の基準角速度（ : IMUが広い温度範囲で動作する必要がある場合、異なる温度ポイント（例：-10℃、0℃、20℃、40℃、60℃）でキャリブレーション実験を繰り返して、誤差パラメータの温度による変動を検証できます。異なる温度条件下でのIMUの測定精度を向上させるために、誤差パラメータの温度補償モデルを確立できます。テーブルの実際の出力レート）、bはi番目の軸の静的ゼロバイアス（すでに静的キャリブレーションで解かれています）です。各レートポイントでωと対応するωをモデルに代入し、最小二乗法を使用してKを解きます。③. データ処理と検証 データ処理と検証は、キャリブレーション結果の信頼性を確保するための重要なステップです。収集された生データは前処理する必要があり、誤差パラメータを解いた後、残差分析、再現性検証、精度検証を実行する必要があります。検証に失敗した場合は、プロセスをコアキャリブレーション手順に戻して再キャリブレーションする必要があります。 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な外れ値の除去 : 3σ基準またはGrubbs基準を使用して、元のデータ（加速度、角速度信号）から外れ値を検出して削除します。3σ基準の場合、データの平均μと標準偏差σが計算されます。範囲[μ-3σ, μ+3σ]を超えるデータは外れ値として識別され、隣接するデータの補間によって置き換えられるか、直接削除されます。2. フィルタリング IMUの3. データ同期アライメント は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。レートテーブルフィードバック信号間のタイムスタンプの不一致に対処するために、線形補間が同期アライメントに使用されます。これにより、IMU出力データの各セットが正確な テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。テーブルの姿勢またはレート状態に対応し、同期誤差が≤1msになります。4. 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なs 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なo 前処理されたデータを加速度計とジャイロスコープの誤差モデルに代入し、最小二乗法を使用して、ゼロバイアスやスケーリングファクターなどの誤差パラメータを解きます。複雑なシナリオでは、カルマンフィルタ法を使用してパラメータ解の結果を最適化し、パラメータ推定の精度と安定性を向上させることができます。5. 残差分析: 各キャリブレーションされた姿勢/レートポイントで、観測値（IMU出力）とモデル予測値の間の残差を計算します。残差は、誤差モデルの適合精度を反映しています。残差の平均が0に近く、標準偏差が小さい場合（加速度残差標準偏差≤0.002g、角速度残差標準偏差≤0.1°/s）、モデルがよく適合していることを示しています。残差が大きすぎるか、明確な傾向を示す場合は、誤差モデル（クロスカップリング誤差を考慮するなど）またはキャリブレーションデータの有効性を再検討する必要があります。6. 再現性検証 7. 精度検証 : キャリブレーションに関与していない姿勢/速度ポイントを検証ポイントとして選択します。キャリブレーションされた誤差パラメータを誤差モデルに代入してIMU出力を補正し、補正されたIMU出力と基準入力の間の誤差を計算します。補正された誤差がIMUの技術仕様を満たしている場合（例：加速度測定誤差≤0.01g、角速度測定誤差≤0.5°/s）、キャリブレーション精度は良好です。誤差が要件を満たしていない場合は、キャリブレーションプロセスを再度最適化する（例：キャリブレーションにさらに多くの姿勢/速度ポイントを追加する、誤差モデルを調整する）必要があり、キャリブレーションを再度実行する必要があります。8. 温度安定性検証（オプション） : IMUが広い温度範囲で動作する必要がある場合、異なる温度ポイント（例：-10℃、0℃、20℃、40℃、60℃）でキャリブレーション実験を繰り返して、誤差パラメータの温度による変動を検証できます。異なる温度条件下でのIMUの測定精度を向上させるために、誤差パラメータの温度補償モデルを確立できます。9. データ分類ストレージ : 前処理された生データ、誤差パラメータ解の結果、残差分析レポート、検証結果などは、キャリブレーション日、IMU番号、キャリブレーション環境条件に従って分類され、保存されます。データ保存形式は、データ可読性とトレーサビリティを確保するために、一般的な形式（CSV、MAT、PDFなど）を採用しています。10. データバックアップ : アーカイブされたデータの複数のバックアップ（ローカルハードドライブやクラウドストレージなど）を実行して、データの損失を防ぎます。バックアップデータには、対応するターゲット、プロセス、および条件を明確に定義する、明確にラベル付けされたファイル名と説明ドキュメントが必要です。④. 仕上げ作業 最終ステップには、主にキャリブレーションデータのアーカイブ、機器の復元とメンテナンス、キャリブレーションレポートの作成が含まれ、キャリブレーションプロセスのトレーサビリティを確保し、IMUのその後の使用とメンテナンスの基礎を提供します。キャリブレーションレポートはキャリブレーション作業の要約であり、キャリブレーションプロセスと結果を包括的かつ正確に記録する必要があります。主に以下が含まれます：1. 機器のシャットダウンと分解 : キャリブレーション後、2軸レート テーブル、IMU、およびデータ収集機器の電源をオフにします。IMUを固定具から順番に外し、IMUを取り外します。分解中は、IMUの感度コンポーネントを保護するために、衝突や振動を避けてください。 IMUの機器のc 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分なm は、誤差パラメータの不安定性を引き起こし、キャリブレーション精度に影響を与えます。: 2軸レートテーブル、シャフトシステム、および固定具を清掃して、ほこりや破片を取り除きます。IMUを目視検査して、損傷がなく、配線ポートがきれいであることを確認します。機器の使用状況とメンテナンスの詳細を記録して、定期的な機器キャリブレーションの基礎を提供します。3. 機器パラメータの復元: 2軸キャリブレーションレポートは、レポート内容の正確性と標準化を確保するために専門家がレビューする必要があり、レビューが承認された後にアーカイブして保存する必要があります。テーブルとデータ収集機器のパラメータをデフォルトの状態に復元し、制御ソフトウェアと収集ソフトウェアを閉じ、機器が安全なスタンバイ状態にあることを確認します。 テーブルは、軸システムの精度が要件を満たしていることを確認するために、定期的にキャリブレーションする必要があります。キャリブレーションレポートには以下が含まれます 時間は、技術要件を厳密に遵守する必要があります。不十分な(1) (2) キャリブレーション機器情報：2軸レート テーブルモデルと精度クラス、データ収集機器モデルとサンプリングパラメータ、および補助機器リスト；(3) キャリブレーション環境条件：温度、湿度、気圧、振動；(4) キャリブレーションプロセス説明：キャリブレーション姿勢/速度ポイント計画、データ収集パラメータ、誤差モデル、および解アルゴリズム；(5) キャリブレーション結果：加速度計のゼロバイアスとスケーリングファクター、ジャイロスコープのゼロバイアスとスケーリングファクター、残差分析結果、再現性検証結果、および精度検証結果；(6) 結論と推奨事項：キャリブレーション結果が基準を満たしているかどうか、IMUの使用に関する推奨事項（温度補償、定期的な再キャリブレーションサイクルなど）、および機器のメンテナンスに関する推奨事項。⑤. 注意事項要約すると、
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