Bias Compensated Inertial Navigation for Venus Balloon Missions

惯性测量装置 计算机科学 加速度计 惯性导航系统 参考坐标系 卡尔曼滤波器 计算机视觉 遥感 帧(网络) 惯性参考系 人工智能 物理 地质学 电信 量子力学 操作系统
作者
Scott R. Ploen,Jack Aldrich,David S. Bayard,L. Dorsky,Anup Katake,Edward Konefat,Carl Christian Liebe,Joel Shields
标识
DOI:10.1109/aero55745.2023.10115888
摘要

In this paper we investigate various strategies for reducing navigation errors for a future Venus balloon mission equipped with a low-mass MEMS IMU (e.g. STIM300), and focus on two of these mitigation strategies in detail. First, we propose to mechanically rotate the IMU while collecting data thereby averaging out the bias contributions and increasing accuracy. To this end, we experimentally provide proof-of-concept by rotating a STIM300 IMU about a single-axis and show that navigation performance for this idealized scenario is substantially improved. Second, we propose to use on-board accelerometer measurements to exploit the projection of the gravity field along the axes of the IMU frame to provide (2 axis) attitude information. To this end, we designed a Kalman filter for a hovering balloon scenario where the accelerometer measurements are modeled as explicit functions of attitude and are incorporated as direct measurements in the filter and show that this strategy leads to improved navigation performance. The results given here are part of a longer-term effort to understand and improve navigation performance on a Venus balloon and should be considered as first steps toward this goal.
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