【L-RTK】ＩＭＵ磁気方位センシング傾斜補正でこけた＜スキーならＲＴＫ技術が有利＞

ＲＴＫ　２ＣＨログと同時にスマホをスキー板にしばりつけて、9軸ＩＭＵと気圧センサのデータログしました。
ＲＴＫ２ＣＨは、MovingBaseモードにしないとスキー板のheading角度がでないことがわかったので、ＩＭＵの磁気方位センサからスキー板のheading角度が算出できないか補正計算してみました。
　傾斜補正について、愛知マイクロインテリジェント社様の解説があって助かりました。

※２０２３年５月追記　　本記事から３年経過して、RTKのHeading角が±１度以内で測定できたので、スキー滑走での横滑り角や、ターンのNutralポイントなど正確に測定出来て成果がでました。しかし、測定のためにアンテナと配線でスキー装備に大げさな計測システムが邪魔で、スキー滑走が楽しめないというデメリットが課題となってます。そこで、３年経過後に改めて、IMUでのスキー板のヘッディング角（Yaw角）測定を検討してます。使うセンサは、BOSCHのBNO055というセンサFUSION処理CPU付の IMUです。これだとマイコンでフィルター計算しないで済むので、システムが楽に組めます。しかし、精度がでるかどうかの判定が難しいため、２０２３年オフシーズンをかけて精度検証とＲＴＫとの補間方法を開発してます。２－５度程度通常ずれているのを、スキーのNUTRALポイントでIMUに補正をかけて、使うというアイデアです。
その後IMU実験進んで、２０２３年６月末：IMUでの磁気センサを使ってHeading角を測定する方法は、９軸Fusionを使っても、激しい運動（横G1.5G、角速度1000dps以上）になると大きく角度誤差（±２０度）発生することが判明して、磁気センサを使わないでHeading角を測定する方法に変更しました。GYROの角速度を積分したほうが、精度が安定してでますので、その積分角度をRTKの既知のHeading角がでた瞬間に補正してHeading角を出すアルゴリズムで２０２３年の春夏秋に開発します。

【STA23】BNO Yaw使わずにGyroで行く＜50Hz補間＞

【STA23】磁気エンコーダ回転治具試運転その１＜RTK精度良い、BNO劣る＞

●磁気方位センサの補正
１：回転軸のオフセットと傾きと楕円補正を行います．
磁気方位センサについては、
愛知マイクロインテリジェント社様の解説があります。
やり方は、スマホを回転させて、ログしたデータを
楕円ＦＩＴＴＩＮＧして、中心オフセットと楕円長短辺長
楕円の傾きを計算して、生データに補正をかける計算です。
EXCELの関数だけでできるサンプルシートがありました。

２：測定中に傾斜がはいる場合は、傾斜補正をいれます。
スキーの場合は、激しい振動の中で板が左右に傾くので
加速度センサax,ay,azから傾斜補正をいれないといけません。
参考サイト様はいくつかあります。感謝いたします。

３軸方位センサを用いた姿勢推定

https://patents.google.com/patent/JP2006047299A/ja

●結果
加速度は、姿勢以外にスキー滑走中のあらゆる振動を拾ってしまうので
補正どころではありませんでした。以前からＩＭＵ加速度センサとジャイロと磁気センサは、あまりあてないならないので、できるだけ使わないようにしてきて、ようやくＲＴＫにたどりついたので、今更ならの結果でした。
ＩＭＵでうまく結果をだすには、ノイズがはいらないように、欲しい動きだけセンサにはいるような、ハウジングやとりつけが必要です。
ＲＴＫですべてやればいいのですが、装置のサイズとコストでＩＭＵよりデメリットがあるので、ＩＭＵで可能な用途ならいいですが、スキーの横滑り角測定となると板のHeading角を精度よく測定できないといけないので、強烈な振動中ＩＭＵから有意のデータを得るのは大変そうです。　

●以後
　　Moving Baseを構成して、試験動作してみます。
ＩＭＵは、ほとんどあきらめなのですが、最後のダメだしで、
スキー板でなく足にとりつけることで加速度が有意なデータになれば、補正がきくのでトライしてみます。それでもダメならＩＭＵはやめます。
MovingBaseだと左右スキー板を測定するのに４Ｃｈ必要なので、重たいシステムになってしまいます。
※２０２１年春追記
スキーにアンテナ４個取り付けて、精密な位置精度とスキーの角度と進行方向角度測定に成功しました。
システムも小型化して扱い勝手も向上させました。結果として、ＭｏｖｉｎｇＢａｓｅ法では±１ｃｍ以下で測位できるので、アンテナ間を１ｍにすれば、1/100角度誤差(0.57deg)Heading角測定できます。IMUで±１度以下で測定できるのは、高級機なので、一般には入手できないレベルですので、ＲＴＫ　MovingBase技術は、凄いと思います。