你了解惯性测量单元发展背景吗?惯性测量单元有哪些应用?

在这篇文章中，小编将对惯性测量单元的相关内容和情况加以介绍以帮助大家增进对惯性测量单元的了解程度，和小编一起来阅读以下内容吧。

一、惯性测量单元及其技术背景

惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。在导航中有着很重要的应用价值。

利用三轴地磁计结合三轴加速度计，受外力加速度影响很大，在运动/振动等环境中，输出方向角误差较大,此外地磁传感器有缺点，它的绝对参照物是地磁场的磁力线,地磁的特点是使用范围大，但强度较低，约零点几高斯，非常容易受到其它磁体的干扰，如果融合了Z轴陀螺仪的瞬时角度，就可以使系统数据更加稳定。加速度测量的是重力方向，在无外力加速度的情况下，能准确输出ROLL/PITCH两轴姿态角度 并且此角度不会有累积误差，在更长的时间尺度内都是准确的。但是加速度传感器测角度的缺点是加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变，而惯性力与重力本质是一样的,所以加速度计就不会区分重力加速度与外力加速度，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了。

陀螺仪输出角速度，是瞬时量，角速度在姿态平衡上是不能直接使用， 需要角速度与时间积分计算角度，得到的角度变化量与初始角度相加，就得到目标角度，其中积分时间Dt越小，输出角度越精确,但陀螺仪的原理决定了它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物，加上Dt是不可能无限小,所以积分的累积误差会随着时间流逝迅速增加，最终导致输出角度与实际不符，所以陀螺仪只能工作在相对较短的时间尺度内。

二、惯性测量单元应用

惯性测量单元用于安装了惯性导航系统的交通工具。如今，几乎每个商业或军事船只都安装了惯性测量单元。大多数飞机也配备了惯性测量单元。同时，惯性测量单元也在飞行器中单独使用,将惯性测量报告给飞行员(不论是在驾驶舱或遥控驾驶)。导航在导航系统中,将惯性测量单元的数据送入计算机,基于速度和时间计算其当前位置。例如,如果一个惯性测量单元安装在一架以平均500英里每小时的速度向西行驶飞机上,那么指导电脑就会推断出飞机在初始位置以西500英里位置上。如果在计算机系统中加上一个地图,导航系统就可以使用这种方法来显示飞行员飞机所在地理位置(类似于GPS导航系统，但不需要与任何外部组件通信，如卫星)。这种导航的方法称为航迹推算。

最早的惯性测量单位是被福特仪器公司设计建立，用来为美国空军的飞机导航提供帮助，使飞行中飞机没有任何外部输入时，依旧可以进行导航。这在当时被称为地面位置指示器：一旦飞行员输入飞机在起飞时的经度和纬度，惯性测量单元将在地图上显示飞行中的飞机的经度和纬度的关系。

随着科技的发展在民用领域、工业领域等将会越来越多的应用惯性测量单元。比如：无人驾驶、室内服务机器人、仓储物流小车、室外送餐车、无人机等等都将会用到惯性测量单元这个模块系统。

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