你了解慣性測(cè)量單元發(fā)展背景嗎?慣性測(cè)量單元有哪些應(yīng)用?

在這篇文章中，小編將對(duì)慣性測(cè)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(duì)慣性測(cè)量單元的了解程度，和小編一起來(lái)閱讀以下內(nèi)容吧。

一、慣性測(cè)量單元及其技術(shù)背景

慣性測(cè)量單元是測(cè)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(gè)IMU包含了三個(gè)單軸的加速度計(jì)和三個(gè)單軸的陀螺，加速度計(jì)檢測(cè)物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨(dú)立三軸的加速度信號(hào)，而陀螺檢測(cè)載體相對(duì)于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號(hào)，測(cè)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(jià)值。

利用三軸地磁計(jì)結(jié)合三軸加速度計(jì)，受外力加速度影響很大，在運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)等環(huán)境中，輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點(diǎn)，它的絕對(duì)參照物是地磁場(chǎng)的磁力線,地磁的特點(diǎn)是使用范圍大，但強(qiáng)度較低，約零點(diǎn)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(shí)角度，就可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。加速度測(cè)量的是重力方向，在無(wú)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(huì)有累積誤差，在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度內(nèi)都是準(zhǔn)確的。但是加速度傳感器測(cè)角度的缺點(diǎn)是加速度傳感器實(shí)際上是用MEMS技術(shù)檢測(cè)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(jì)就不會(huì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，它的輸出就不正確了。

陀螺儀輸出角速度，是瞬時(shí)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(shí)間積分計(jì)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(shí)間Dt越小，輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測(cè)量基準(zhǔn)是自身，并沒(méi)有系統(tǒng)外的絕對(duì)參照物，加上Dt是不可能無(wú)限小,所以積分的累積誤差會(huì)隨著時(shí)間流逝迅速增加，最終導(dǎo)致輸出角度與實(shí)際不符，所以陀螺儀只能工作在相對(duì)較短的時(shí)間尺度內(nèi)。

二、慣性測(cè)量單元應(yīng)用

慣性測(cè)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(gè)商業(yè)或軍事船只都安裝了慣性測(cè)量單元。大多數(shù)飛機(jī)也配備了慣性測(cè)量單元。同時(shí)，慣性測(cè)量單元也在飛行器中單獨(dú)使用,將慣性測(cè)量報(bào)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(cè)量單元的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī),基于速度和時(shí)間計(jì)算其當(dāng)前位置。例如,如果一個(gè)慣性測(cè)量單元安裝在一架以平均500英里每小時(shí)的速度向西行駛飛機(jī)上,那么指導(dǎo)電腦就會(huì)推斷出飛機(jī)在初始位置以西500英里位置上。如果在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上一個(gè)地圖,導(dǎo)航系統(tǒng)就可以使用這種方法來(lái)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(cè)量單位是被福特儀器公司設(shè)計(jì)建立，用來(lái)為美國(guó)空軍的飛機(jī)導(dǎo)航提供幫助，使飛行中飛機(jī)沒(méi)有任何外部輸入時(shí)，依舊可以進(jìn)行導(dǎo)航。這在當(dāng)時(shí)被稱為地面位置指示器：一旦飛行員輸入飛機(jī)在起飛時(shí)的經(jīng)度和緯度，慣性測(cè)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(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用慣性測(cè)量單元。比如：無(wú)人駕駛、室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人、倉(cāng)儲(chǔ)物流小車(chē)、室外送餐車(chē)、無(wú)人機(jī)等等都將會(huì)用到慣性測(cè)量單元這個(gè)模塊系統(tǒng)。

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