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Wavelet-Based Moment-Matching Techniques for Inertial Sensor Calibration

Résumé

The task of inertial sensor calibration has required the development of various techniques to take into account the sources of measurement error coming from such devices. The calibration of the stochastic errors of these sensors has been the focus of increasing amount of research in which the method of reference has been the so-called “Allan variance slope method” which, in addition to not having appropriate statistical properties, requires a subjective input which makes it prone to mistakes. To overcome this, recent research has started proposing “automatic” approaches where the parameters of the probabilistic models underlying the error signals are estimated by matching functions of the Allan variance or Wavelet Variance with their modelimplied counterparts. However, given the increased use of such techniques, there has been no study or clear direction for practitioners on which approach is optimal for the purpose of sensor calibration. This paper, for the first time, formally defines the class of estimators based on this technique and puts forward theoretical and applied results that, comparing with estimators in this class, suggest the use of the Generalized Method of Wavelet Moments (GMWM) as an optimal choice. In addition to analytical proofs, experiment-driven Monte Carlo simulations demonstrated the superior performance of this estimator. Further analysis of error signal from a gyroscope was also provided to further motivate performing such analyses, as real-world observed error signals may show significant deviation from manufacturer-provided error models.

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Concepts associés (33)
Indicateur de dispersion
En statistique, un indicateur de dispersion mesure la variabilité des valeurs d’une série statistique. Il est toujours positif et d’autant plus grand que les valeurs de la série sont étalées. Les plus courants sont la variance, l'écart-type et l'écart interquartile. Ces indicateurs complètent l’information apportée par les indicateurs de position ou de tendance centrale, mesurés par la moyenne ou la médiane. Dans la pratique, c'est-à-dire dans l'industrie, les laboratoires ou en métrologie, où s'effectuent des mesurages, cette dispersion est estimée par l'écart type.
Estimateur (statistique)
En statistique, un estimateur est une fonction permettant d'estimer un moment d'une loi de probabilité (comme son espérance ou sa variance). Il peut par exemple servir à estimer certaines caractéristiques d'une population totale à partir de données obtenues sur un échantillon comme lors d'un sondage. La définition et l'utilisation de tels estimateurs constitue la statistique inférentielle. La qualité des estimateurs s'exprime par leur convergence, leur biais, leur efficacité et leur robustesse.
Ondelette
thumb|Ondelette de Daubechies d'ordre 2. Une ondelette est une fonction à la base de la décomposition en ondelettes, décomposition similaire à la transformée de Fourier à court terme, utilisée dans le traitement du signal. Elle correspond à l'idée intuitive d'une fonction correspondant à une petite oscillation, d'où son nom. Cependant, elle comporte deux différences majeures avec la transformée de Fourier à court terme : elle peut mettre en œuvre une base différente, non forcément sinusoïdale ; il existe une relation entre la largeur de l'enveloppe et la fréquence des oscillations : on effectue ainsi une homothétie de l'ondelette, et non seulement de l'oscillation.
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Alpha-NML Universal Predictors

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Asymptotic Errors for Teacher-Student Convex Generalized Linear Models (Or: How to Prove Kabashima’s Replica Formula)

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There has been a recent surge of interest in the study of asymptotic reconstruction performance in various cases of generalized linear estimation problems in the teacher-student setting, especially for the case of i.i.d standard normal matrices. Here, we g ...
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