通过毫米波雷达和惯性传感器融合技术，实现对柔性结构的同时位移和旋转估计

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》：Simultaneous displacement and rotation estimation for flexible structures through millimeter-wave radar and inertial sensor fusion

　　

展雄马|童童张|舒涵林|涛张|佩佩刘|强强张|慧莉

摘要

结构位移和旋转是结构健康监测中的关键指标，然而同时估计这两个参数仍然是一个重大挑战。本研究提出了一种新技术，该技术结合了共置的惯性测量单元（IMU）传感器和频率调制连续波（FMCW）毫米波雷达的测量数据来估计这两个参数。首先，在结构旋转的情况下，通过雷达测量数据得出视线方向（LOS）的位移；随后利用IMU的加速度数据估计初始旋转角度，并通过雷达测量数据分离平移分量。接着应用校准算法将视线方向的位移转换为实际的结构位移。此外，还提出了一种基于误差优化的IMU传感器初始旋转数据和角速度数据的融合方法，以提高旋转估计的准确性。所提出的技术通过实验室规模的实验得到了验证：在旋转运动条件下，转换因子得到了成功校准；即使在结构旋转角度达到6.5°的情况下，位移的估计误差也小于0.3毫米。此外，与现有方法相比，该技术将旋转估计误差降低了88%以上。