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Observing Relative Motion With Three Accelerometer Triads

Schopp, P. und Graf, H. und Maurer, M. und Romanovas, Michailas und Klingbeil, L. und Manoli, Y. (2014) Observing Relative Motion With Three Accelerometer Triads. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 63 (12), Seiten 3137-3151. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TIM.2014.2327472. ISSN 0018-9456.

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Offizielle URL: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=6846314&queryText%3DRomanovas+Schopp

Kurzfassung

A gyroscope-free inertial measurement unit (GF-IMU) detects the relative motion of a body based on acceleration measurements only. It consists of multiple transducers attached at distinct locations within the body that together form an accelerometer array. In this paper, we employ only three accelerometer triads in order to completely capture the transversal and angular acceleration as well as the angular velocity. By modeling the GF-IMU as a nonlinear control system, we are able to conduct an observability analysis, which shows that this approach is capable of capturing an arbitrary spatial motion. We also show that additional triads only provide redundant information. Based on the control system formulation, we derive the models required to employ a nonlinear Kalman filter as a state observer. As the system description is of a general form they are suitable for any accelerometer array regardless of the number and placement of the transducers. Hence, the presented Kalman filter approach is applicable to all observable GF-IMU configurations. The measurements taken with a prototype on a 3-D rotation table confirm the observability analysis. The evaluations also show that the approach using three accelerometer triads achieves an estimation accuracy comparable with that of arrays employing a higher number of triads.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/93388/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Observing Relative Motion With Three Accelerometer Triads
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schopp, P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Graf, H.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Maurer, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Romanovas, Michailasmichailas.romanovas (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klingbeil, L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manoli, Y.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Dezember 2014
Erschienen in:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:63
DOI:10.1109/TIM.2014.2327472
Seitenbereich:Seiten 3137-3151
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0018-9456
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Acceleration;Accelerometers;Angular velocity;Arrays;Mathematical model;Observability;Sensors;Accelerometer array;angular velocity;gyroscope-free inertial measurement unit (GF-IMU);nonlinear Kalman filter;observability.
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrsmanagement (alt)
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VM - Verkehrsmanagement
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Automated Aids for Safe and Efficient Vessel Traffic Process (alt)
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nautische Systeme
Hinterlegt von: Romanovas, Michailas
Hinterlegt am:10 Dez 2014 10:40
Letzte Änderung:06 Sep 2019 15:17

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