你了解慣性測量單元發(fā)展背景嗎?慣性測量單元有哪些應(yīng)用?

在這篇文章中，小編將對慣性測量單元的相關(guān)內(nèi)容和情況加以介紹以幫助大家增進(jìn)對慣性測量單元的了解程度，和小編一起來閱讀以下內(nèi)容吧。

一、慣性測量單元及其技術(shù)背景

慣性測量單元是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。一般的，一個IMU包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺，加速度計檢測物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號，而陀螺檢測載體相對于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。在導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用價值。

利用三軸地磁計結(jié)合三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運動/振動等環(huán)境中，輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點，它的絕對參照物是地磁場的磁力線,地磁的特點是使用范圍大，但強(qiáng)度較低，約零點幾高斯，非常容易受到其它磁體的干擾，如果融合了Z軸陀螺儀的瞬時角度，就可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。加速度測量的是重力方向，在無外力加速度的情況下，能準(zhǔn)確輸出ROLL/PITCH兩軸姿態(tài)角度 并且此角度不會有累積誤差，在更長的時間尺度內(nèi)都是準(zhǔn)確的。但是加速度傳感器測角度的缺點是加速度傳感器實際上是用MEMS技術(shù)檢測慣性力造成的微小形變，而慣性力與重力本質(zhì)是一樣的,所以加速度計就不會區(qū)分重力加速度與外力加速度，當(dāng)系統(tǒng)在三維空間做變速運動時，它的輸出就不正確了。

陀螺儀輸出角速度，是瞬時量，角速度在姿態(tài)平衡上是不能直接使用， 需要角速度與時間積分計算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標(biāo)角度，其中積分時間Dt越小，輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測量基準(zhǔn)是自身，并沒有系統(tǒng)外的絕對參照物，加上Dt是不可能無限小,所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加，最終導(dǎo)致輸出角度與實際不符，所以陀螺儀只能工作在相對較短的時間尺度內(nèi)。

二、慣性測量單元應(yīng)用

慣性測量單元用于安裝了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的交通工具。如今，幾乎每個商業(yè)或軍事船只都安裝了慣性測量單元。大多數(shù)飛機(jī)也配備了慣性測量單元。同時，慣性測量單元也在飛行器中單獨使用,將慣性測量報告給飛行員(不論是在駕駛艙或遙控駕駛)。導(dǎo)航在導(dǎo)航系統(tǒng)中,將慣性測量單元的數(shù)據(jù)送入計算機(jī),基于速度和時間計算其當(dāng)前位置。例如,如果一個慣性測量單元安裝在一架以平均500英里每小時的速度向西行駛飛機(jī)上,那么指導(dǎo)電腦就會推斷出飛機(jī)在初始位置以西500英里位置上。如果在計算機(jī)系統(tǒng)中加上一個地圖,導(dǎo)航系統(tǒng)就可以使用這種方法來顯示飛行員飛機(jī)所在地理位置(類似于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，但不需要與任何外部組件通信，如衛(wèi)星)。這種導(dǎo)航的方法稱為航跡推算。

最早的慣性測量單位是被福特儀器公司設(shè)計建立，用來為美國空軍的飛機(jī)導(dǎo)航提供幫助，使飛行中飛機(jī)沒有任何外部輸入時，依舊可以進(jìn)行導(dǎo)航。這在當(dāng)時被稱為地面位置指示器：一旦飛行員輸入飛機(jī)在起飛時的經(jīng)度和緯度，慣性測量單元將在地圖上顯示飛行中的飛機(jī)的經(jīng)度和緯度的關(guān)系。

隨著科技的發(fā)展在民用領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等將會越來越多的應(yīng)用慣性測量單元。比如：無人駕駛、室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人、倉儲物流小車、室外送餐車、無人機(jī)等等都將會用到慣性測量單元這個模塊系統(tǒng)。

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