MEMS惯性测量单元(IMU)-陀螺仪对准基础

一种惯性测量单元标定补偿方法

[J]. 软件导刊 ,2019,18(04):32-35. [3] 阮有兵 , 徐海黎 , 万旭等 . 基于人脸识别的智慧小区门禁系统
[J]. 电视技术 ,2019,43(01):90-93,120. [4] 李国诚 , 黄明 , 崔进宝等．基于树莓派的智能监控系统设计与
实现 [J]. 工业技术创新 ,2019,006(002):42-47． [5] 高远 . 智慧小区技术体系及应用集成技术研究 [D]. 重庆 : 重
5.3 总结
本次设计的全部功能都已经调试完毕，系统运行正常，后续可拓展其他功能，对平台进行细节化处理，使其更加完善。
参考文献 [1] 潘俊 . 智慧社区里的 AI 门禁探讨 [J]. 中国新通信 ,2020,
22(11):66. [2] 宿静宜 , 刘久付 , 杨明海 . 采用人脸身份识别的智慧门禁系统
庆大学 ,2015．
作者简介管赛晖，大学本科学历。研究方向为自动控制。包浚杞，大学本科学历。研究方向为物联网。谢玲，硕士学位，副教授。研究方向为自动控制、高等教育。刘红英，硕士学位，讲师。研究方向为软件开发、高等教育。
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电子技术 Electronic Technology
电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
因此，本文结合以上两个问题设计了一种考虑 g 值敏感系数的无需寻北的标定补偿方法，具有良好的参考和研究意义。 2 惯性测量单元误差模型建立
惯性测量单元传统的误差模型，主要基于零偏漂移误差、标度因数误差、非正交性误差、随机漂移误差这四项建立 [8-10]，误差模型分别如下所示：4 月 19 日 0 点 28 分，数据库显示，在此时间收到了一条用户进入的字段，字段信息包含时间，用户 id，出入状态和体温。表明系统与服务器通信正常。服务器的数据库如图 11 所示。

MEMS_IMU_GPS组合导航系统的实现

MEMS_IMU_GPS组合导航系统的实现MEMS_IMU_GPS组合导航系统是一种基于微电子机械系统惯性测量单元(IMU)和全球定位系统(GPS)的导航系统。

它通过将IMU和GPS的测量数据进行集成和融合，提供更准确和可靠的位置、速度和姿态信息。

在本文中，将详细介绍MEMS_IMU_GPS组合导航系统的实现原理和关键技术。

首先，需要了解IMU和GPS的基本原理。

IMU主要由三个加速度计和三个陀螺仪组成，用于测量物体的加速度和角速度。

GPS则通过接收卫星发射的信号来测量接收器与卫星之间的距离，从而确定接收器的位置。

IMU和GPS各自都有一定的测量误差，但是通过集成和融合它们的测量数据，可以大幅度提高导航系统的性能。

在实现MEMS_IMU_GPS组合导航系统时，首先需要对IMU和GPS的数据进行预处理。

对于IMU数据，需要进行误差补偿和积分处理。

误差补偿包括陀螺仪的零偏校准和加速度计的尺度因素校准等，以减小测量误差。

积分处理则可以将加速度计的测量值积分得到速度和位置信息，将陀螺仪的测量值积分得到姿态信息。

对于GPS数据，则需要通过解算接收机与卫星之间的距离，从而确定接收机的位置。

接下来，需要进行导航滤波的处理。

导航滤波是将IMU和GPS的数据进行集成和融合的关键步骤，常用的滤波算法包括卡尔曼滤波和粒子滤波等。

卡尔曼滤波是一种利用概率统计的方法对系统状态进行估计和预测的算法，可以融合IMU和GPS的数据，提供更准确和可靠的导航结果。

粒子滤波则是一种基于蒙特卡洛方法的滤波算法，通过对系统状态进行随机取样，逐步逼近真实状态。

此外，还需要考虑导航系统的误差补偿和校准。

导航系统在使用过程中，由于环境变化和传感器老化等因素，可能会产生误差和漂移。

为了提高系统的精度和可靠性，需要进行误差补偿和校准。

误差补偿包括对IMU 和GPS数据的实时校准和修正，以减小测量误差。

校准则包括对传感器的定标和校准，以保证传感器的准确性和一致性。

imu 误差参数

imu 误差参数IMU误差参数是指惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）在测量物体运动状态时产生的误差量。

IMU是一种集成了加速度计和陀螺仪的设备，用于测量物体的加速度和角速度。

在实际应用中，IMU的误差是无法避免的。

这些误差主要包括陀螺仪的零偏误差、加速度计的零偏误差、尺度因子误差、非正交误差以及噪声等。

这些误差会对IMU的测量结果产生不可忽视的影响。

陀螺仪的零偏误差是指陀螺仪在静止状态下输出的非零值。

这是由于陀螺仪的制造工艺不完美以及环境因素的影响导致的。

为了减小零偏误差的影响，可以通过校准和温度补偿等方法进行修正。

加速度计的零偏误差是指加速度计在静止状态下输出的非零值。

这是由于加速度计的制造工艺不完美以及外界因素的干扰导致的。

为了减小零偏误差的影响，可以通过校准和温度补偿等方法进行修正。

尺度因子误差是指加速度计和陀螺仪的输出与真实值之间存在的比例误差。

这是由于传感器的非线性特性导致的。

为了减小尺度因子误差的影响，可以通过校准和模型补偿等方法进行修正。

非正交误差是指加速度计和陀螺仪的输出轴之间存在的非正交性。

这是由于传感器的制造工艺和零件安装不精确导致的。

为了减小非正交误差的影响，可以通过校准和姿态解算等方法进行修正。

IMU还会受到环境噪声的影响，例如机械振动、温度变化等。

这些噪声会在测量中引入额外的误差。

为了减小噪声的影响，可以采用滤波算法和信号处理方法进行去噪处理。

IMU误差参数是影响IMU测量准确性的重要指标。

减小和补偿这些误差是提高IMU测量精度的关键。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的校准方法和算法，以提高IMU的测量性能。

IMU（惯性测量单元）简介

个球好了：的，在实际应用中，可能通过弹簧等装置来测量力。

这个力可以是加速度引起的，但在下面的例子中，我们会发现它不一定是加速度引起的。

如果我们把模型放在地球上，球会落在Z-墙面上并对其施加一个1g的力，见下图：在这种情况下盒子没有移动但我们任然读取到Z轴有-1g的值。

球在墙壁上施加的压力是由引力造成的。

在理论上，它可以是不同类型的力量- 例如，你可以想象我们的球是铁质的，将一个磁铁放在盒子旁边那球就会撞上另一面墙。

引用这个例子只是为了说明加速度计的本质是检测力而非加速度。

只是加速度所引起的惯性力正好能被加速度计的检测装置所捕获。

虽然这个模型并非一个MEMS传感器的真实构造，但它用来解决与加速度计相关的问题相当有效。

实际上有些类似传感器中有金属小球，它们称作倾角开关，但是它们的功能更弱，只能检测设备是否在一定程度内倾斜，却不能得到倾斜的程度。

到目前为止，我们已经分析了单轴的加速度计输出，这是使用单轴加速度计所能得到的。

三轴加速度计的真正价值在于它们能够检测全部三个轴的惯性力。

让我们回到盒子模型，并将盒子向右旋转45度。

现在球会与两个面接触：Z-和X-，见下图：0.71g这个值是不是任意的，它们实际上是1/2的平方根的近似值。

我们介绍加速度计的下一个模型时这一点会更清楚。

在上一个模型中我们引入了重力并旋转了盒子。

在最后的两个例子中我们分析了盒子在两种情况下的输出值，力矢量保持不变。

虽然这有助于理解加速度计是怎么和外部力相互作用的，但如果我们将坐标系换为加速度的三个轴并想象矢量力在周围旋转，这会更方便计算。

请看看在上面的模型，我保留了轴的颜色，以便你的思维能更好的从上一个模型转到新的模型中。

想象新模型中每个轴都分别垂直于原模型中各自的墙面。

矢量R是加速度计所检测的矢量（它可能是重力或上面例子中惯性力的合成）。

RX，RY，RZ是矢量R在X，Y，Z 上的投影。

请注意下列关系：，R ^ 2 = RX ^ 2 + RY ^ 2 + RZ ^ 2（公式1）此公式等价于三维空间勾股定理。

自动驾驶基础——惯性测量单元（IMU）

自动驾驶基础——惯性测量单元（IMU）展开全文本文介绍了IMU在自动驾驶技术中的重要作用，严格来讲，单纯的IMU只提供相对定位信息，即自体从某时刻开始相对于某个起始位置的运动轨迹和姿态。

评价自动驾驶汽车的技术指标很多，目前最受关注的主要是安全性、成本和运营范围（也就是SAE自动驾驶分级L1- L5的等级划分中的ODD,设计运行域Operational Design Domain）。

这三个指标是相互关联的，例如，运营范围越小，应用场景越简单，成本越低，同时安全性越高，反之亦然。

因此竞争焦点在于，谁能在更大的运营范围内提供更安全和更低成本的解决方案，或提供支持这种方案的核心器件。

从目前的情况看，园区或室内的自动驾驶技术已经日趋成熟，而开放道路，尤其是城市环境下的全自动驾驶技术仍然处于研发和测试阶段。

这里面固然有感知层面的问题，目前的传感器对开放道路上的行人、动物等目标的检测能力仍然有待提高，但另一个容易被忽视的问题是定位的难度。

在一个不大的固定区域内，定位问题可以通过基础设施改造和SLAM技术解决；在室内，UWB定位可以达到厘米级精度。

然而，如果要设计一个可以在更大范围内自动驾驶的汽车，高精定位就成为一个挑战。

对于一辆自动驾驶汽车来说，高精定位有两层含义：·得到自车与周围环境之间的相对位置，即相对定位；·得到自车的精确经纬度，即绝对定位。

看到这里，很多人的第一反应是，人自己开车的时候，从来不知道自己的经纬度，为什么自动驾驶汽车一定要做绝对定位呢？其本质原因还是在于环境感知能力的差异。

人类可以仅凭双眼（和一些记忆、知识）就能精确地得出周围的可行驶区域、道路边界、车道线、障碍物、交通规则等关键信息，并据此控制汽车安全地行驶。

然而目前人类所设计的传感器和后处理算法还无法达到同样的性能。

因此，自动驾驶汽车对于周边环境的理解需要高精地图、联合感知等技术的辅助。

高精地图可以把由测绘车提前采录好的、用经纬度描述的道路信息告诉车辆，而所有的车辆也可以把实时感知得到的、用经纬度描述的动态障碍物的信息广播给周围的车辆，这两个技术叠加在一块，就可以大大提高自动驾驶汽车的安全性，从而拓展它们的运营范围。

imu误差标定

imu误差标定1. 惯性测量单元（IMU）是一种集成了加速度计和陀螺仪等传感器的设备，用于测量物体的线性加速度和角速度。

然而，由于多种因素的影响，IMU测量中存在一定的误差。

为了提高测量的准确性，需要进行误差标定。

本文将介绍IMU误差标定的基本原理和步骤。

2. IMU误差源IMU测量误差主要包括：•零偏（Bias）：由于传感器内部和外部环境的影响，导致测量值存在固定偏差。

•尺度因数（Scale Factor）：传感器输出的实际值与理论值之间存在的比例因子误差。

•非正交性误差：传感器轴之间不完全垂直，导致测量值中存在交叉耦合。

•随机噪声：由于电子器件、温度等因素引起的随机误差。

3. IMU误差标定原理IMU误差标定的基本原理是通过对IMU进行一系列特定运动状态下的测量，并通过数学模型对测量值进行校正，以减小误差。

误差标定通常包括以下步骤：3.1 数据采集：在不同的运动状态下，采集IMU的原始测量数据。

这些运动状态可以包括平移、旋转、静止等。

3.2 数据处理：对采集到的原始数据进行处理，包括去除噪声、滤波、积分等步骤，得到相应的角速度和线性加速度。

3.3 误差建模：构建IMU误差模型，考虑零偏、尺度因数、非正交性误差等因素，建立数学模型描述IMU的测量误差。

3.4 参数估计：利用已知的运动状态和经过处理的测量数据，采用参数估计方法，估计误差模型中的各项参数。

3.5 校正：将估计得到的参数应用到实际测量数据中，进行误差校正，提高IMU的测量准确性。

4. IMU误差标定步骤4.1 准备工作：将IMU装置到需要测量的物体上，并保证IMU在不同的运动状态下可以获得充分的测量数据。

4.2 数据采集：在不同的运动状态下，通过IMU采集一定时间的原始数据，包括角速度和线性加速度。

4.3 数据处理：对采集到的数据进行去噪、滤波等处理，得到平滑的角速度和线性加速度数据。

4.4 误差建模：根据采集到的数据，建立IMU误差模型，考虑零偏、尺度因数、非正交性误差等。

IMU惯性测量单元

IMU惯性测量单元【IMU惯性测量单元简单介绍】（英文：Inertial measurement unit，简称IMU）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。

在导航中用着很重要的应用价值。

为了提高可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。

一般而言IMU要安装在被测物体的重心上。

【IMU惯性测量装置的工作原理】IMU惯性测量装置属于捷联式惯导，该系统有两个加速度传感器与三个方向的角速率传感器（陀螺）组成。

以当地水平指北系统为例，惯性平台始终保持地平坐标系,安装在平台上的3个互相正交的加速度计分别测出沿东西、南北和垂直方向的加速度分量,并输入计算机。

在消除加速度计误差、重力加速度和由于地球自转产生的科里奥利加速度影响后，得出运载体相对地平坐标系的位移加速度分量,再就t（从起始点到待测点的时间）进行两次积分，并考虑初始速度值，就可解算出相对前一起始点的坐标变化量，同相应起始点的经度λ0、纬度0和高程h0累加，就得到待定点的坐标。

电子计算机除了用观测数据计算点位坐标外，还根据一次积分后的速度分量和已知地球参数（仪器所在点的地球子午圈和卯酉圈曲率半径M和N，地球自转角速度ω），连续计算控制惯性平台的力矩信号W、W 和W，以便实时跟踪所选定的地平坐标系。

垂直加速度计的输出信号，实际是运载体垂直加速度与当地的重力加速度之和。

当运载体停止时，它的垂直加速度为零,这时从中消除非重力加速度之后,就得到当地的重力加速度。

运载体在运动过程中，由计算机通过陀螺仪控制惯性平台，不断地按参考椭球面的曲率进动。

由于加速度计误差、陀螺仪漂移和垂线偏差变化等因素的影响，运载体到达待测点停止时,平台将不平行于当地水平面,两个水平加速度计的输出不等于零。

imu gyro bias 标准

IMU（惯性测量单元）是一种用于测量物体的加速度和角速度的设备。

其中，陀螺仪（gyro）是一种用于测量角速度的传感器，它通过测量物体围绕其自身轴的旋转速度来感知运动状态。

而IMU gyro bias标准则是对IMU陀螺仪偏差的规定和标准。

IMU gyro bias标准对于保证IMU测量结果的精确性和准确性至关重要。

在实际应用中，由于制造和环境因素的影响，IMU陀螺仪往往会存在一定的偏差，即gyro bias。

这种偏差会对IMU测量结果产生影响，甚至在某些情况下会导致误差累积，影响导航、定位和姿态控制等应用的准确性和稳定性。

针对IMU gyro bias标准，首先需要对陀螺仪偏差进行全面评估和分析。

对于单个陀螺仪而言，其偏差受到温度、加速度、震动等因素的影响。

除了对偏差本身进行评估外，还需要考虑偏差随时间和环境变化的情况，以便制定合理的校准和补偿策略。

IMU gyro bias标准需要明确定义和规定陀螺仪偏差的允许范围和准确度要求。

不同的应用领域对IMU测量结果的精度要求不同，因此需要根据实际应用场景来制定相应的标准，以保证IMU在特定环境下的准确性和稳定性。

另外，在撰写文章时，还需要就如何根据IMU gyro bias标准来选择和应用合适的陀螺仪进行探讨。

在实际应用中，不同品牌、型号的陀螺仪其偏差特性可能存在差异，因此需要根据标准要求来选择合适的设备，并对其进行定期校准和检验，以保证其测量结果的可靠性和准确性。

从个人观点来看，IMU gyro bias标准的制定和应用对于推动惯性测量技术的发展和应用具有重要意义。

随着无人驾驶、智能导航、运动追踪等领域的快速发展，对IMU测量结果的精确性和稳定性要求越来越高，而IMU gyro bias标准的制定能够为相关技术和应用提供规范和指导，促进行业的发展和进步。

IMU gyro bias标准是保证IMU测量结果准确性和稳定性的关键，它需要对陀螺仪偏差进行全面评估和分析，并根据实际应用制定相应的标准和要求。

自动驾驶基础（六十七）--惯性测量单元（IMU）十三

自动驾驶基础（六十七）--惯性测量单元（IMU）十三MEMS陀螺仪的重要参数包括：量程（动态范围）DYNANMIC RANGE，分辨率（Resolution）、零角速度输出（零位输出）、灵敏度（Sensitivity）。

这些参数是评判MEMS陀螺仪性能好坏的重要标志，同时也决定陀螺仪的应用环境。

下面我们把MEMS陀螺仪的主要性能参数列出来，并做简单介绍：·量程（动态范围） DYNAMIC RANGE陀螺仪的量程通常以正、反方向输入角速率的最大值来表示，比如：+/-300 degree/sec。

该值越大表示陀螺仪敏感角速率的能力越强，在此输入角速率范围内，陀螺仪刻度因子非线性度能满足规定要求，通常陀螺仪的量程是可以配置的。

·灵敏度（分辨率）SENSORTIVITY RESOLUTION灵敏度（分辨率）表示在规定的输入角速率下能感知的最小输入角速率的增量，比如：0.05 degree/sec/LSB。

一般而言MEMS陀螺仪的测量范围越大，灵敏度会相应降低。

分辨率是指陀螺仪能检测的最小角速度，该参数与零角速度输出其实是由陀螺仪的白噪声决定。

•零角速度输出（零位输出）ZERO OUTPUTMEMS陀螺仪的误差主要包括零位误差和动态误差，一般重点对零位误差做处理。

零位误差又分为零值偏移误差和随机漂移误差，目前对MEMS陀螺仪零位误差的估算方法主要包括1σ和Allan方差两种方法。

1σ方法得到的是误差的总体指标，Allan方差分析法可以对误差的各种成分进行有效的分析。

目前对零值偏移误差的补偿方法比较简单，一般采用在静态条件下测定零值偏移常量，在应用中通常采用对其一次性的零值偏移补偿的方法。

在陀螺仪长时间工作以及外界环境发生变化条件下，零值偏移量并非恒定值，所以这种简单的零值偏移误差补偿方法存在很大的缺陷。

对陀螺仪的随机漂移误差补偿，目前常采用Kalman滤波的方法，因这种方法具有较好的实时性得到了广泛的引用，但是Kalman滤波法要求信号必须是平稳时间序列，且要知道信号的激励噪声和观测噪声的方差。

MEMSIMU的入门与应用

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3.惯性级陀螺
地球自转角速率为15.04107度/h.其千分之一为0.015度/h,称为毫地转率；将精度达到0.015度/h的陀螺称为惯性级陀螺，往往也以1meru的量级(0.01度/h)表示惯性级陀螺精度
4.加速度计
高精度：<10-4g;中精度：10-4g至1mg;低精度：>1mg;
惯性级导航系统对陀螺的最低要求为0.01度/h，加速度计精度的最低要求为1x10-4g
大疆精灵3 IMU
二.MEMS惯性器件 2.MEMS陀螺误差模型
陀螺的误差主要由两部分构成：漂移和刻度系数误差。陀螺的随机漂移误差主要分为三种分量：逐次启动漂移、慢变漂移、快变漂移陀螺的逐次启动漂移与系统开机时刻的电气参数、环境条件等随机性因素相关。一旦系统启动完毕，逐次启动漂移造成的误差量将保持在某一个固定值上
bi 0 i x, y, z
陀螺的慢变漂移是由于其工作过程中环境条件的随机改变所造成的缓慢变化的误差，由于其变换较为缓慢，与前后时刻的陀螺漂移存在一定的相关性，随着时间点的接近依赖关系更加明显，因此可以用一阶马尔可夫过程描述：

自动驾驶基础（七十四）--惯性测量单元（IMU）二十

自动驾驶基础（七十四）--惯性测量单元（IMU）二十一种地面无人驾驶车辆(UV) 利用MEMS IMU作为平台稳定控制(PSC) 系统中的反馈传感器以支持其天线。

此系统采用RSS调谐器环路，后者要求方位角和仰角保持在±1°范围内，以便维持连续通信。

在大多数动态情况下，PSC高度依赖y轴陀螺仪测量来控制仰角，以及依赖z轴陀螺仪测量来控制方位角。

在此类动态情况下，航向角(θZω) 的最大变化为30°，并且在作这种机动期间没有绕x轴或y轴的旋转(θXω = θYω = 0)。

求解过程如下：由于绕x轴和y轴的旋转为0，前述公式8和公式9可简化为：从y轴开始，设θYG的最大边界为1°，求解对准误差项ΦYZ。

这样便可求得y轴陀螺仪的最大允许对准误差为1.9°。

对于z轴，设θZω等于30°，θZG和θZω之差的最大边界为1°，然后求解ΨZ。

这样便可求得z轴陀螺仪的最大允许对准误差为14.8°。

上述计算表明，对于这种特定机动/情形，y轴和z轴之间的跨轴行为要求对准精度约为1.9°。

在IMU和安装系统不满足关键系统目标的情况下，电子对准提供了一种减小对准误差的方法。

该过程有两个重要步骤：测定对准误差项（IMU安装之后）和制定一个校正对准矩阵。

将该矩阵应用于陀螺仪阵列时，陀螺仪将像已与全局坐标系对准一样作出响应。

公式14为此过程提供了一个系统模型，其中绕全局坐标系各轴的旋转(ω) 是三个系统输入，三个陀螺仪响应(G) 是系统输出，3 × 3矩阵(M)代表输入与输出之间的系统行为（包括对准误差）。

通过简单的算术操作可得，陀螺仪测量结果(G) 与M的逆矩阵(M–1)的乘积等于全局坐标系的旋转阵列(ω)。

因此，对准矩阵等于M–1。

基于公式8、公式9和公式10，可将公式14扩展以包括对准误差项，如公式16所示，公式17和公式18是更一般形式：一次仅绕一个轴旋转整个系统可将系统模型简化到足够简单的程度，使得矩阵中的每个元素都可以通过一次陀螺仪测量获得。

IMU惯性测量单元

IMU惯性测量单元【IMU惯性测量单元简单介绍】（英文：Inertial measurement unit，简称IMU）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。

在导航中用着很重要的应用价值。

为了提高可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。

一般而言IMU要安装在被测物体的重心上。

【IMU惯性测量装置的工作原理】IMU惯性测量装置属于捷联式惯导，该系统有两个加速度传感器与三个方向的角速率传感器（陀螺）组成。

以当地水平指北系统为例，惯性平台始终保持地平坐标系,安装在平台上的3个互相正交的加速度计分别测出沿东西、南北和垂直方向的加速度分量,并输入计算机。

在消除加速度计误差、重力加速度和由于地球自转产生的科里奥利加速度影响后，得出运载体相对地平坐标系的位移加速度分量,再就t（从起始点到待测点的时间）进行两次积分，并考虑初始速度值，就可解算出相对前一起始点的坐标变化量，同相应起始点的经度λ0、纬度0和高程h0累加，就得到待定点的坐标。

电子计算机除了用观测数据计算点位坐标外，还根据一次积分后的速度分量和已知地球参数（仪器所在点的地球子午圈和卯酉圈曲率半径M和N，地球自转角速度ω），连续计算控制惯性平台的力矩信号W、W 和W，以便实时跟踪所选定的地平坐标系。

垂直加速度计的输出信号，实际是运载体垂直加速度与当地的重力加速度之和。

当运载体停止时，它的垂直加速度为零,这时从中消除非重力加速度之后,就得到当地的重力加速度。

运载体在运动过程中，由计算机通过陀螺仪控制惯性平台，不断地按参考椭球面的曲率进动。

由于加速度计误差、陀螺仪漂移和垂线偏差变化等因素的影响，运载体到达待测点停止时,平台将不平行于当地水平面,两个水平加速度计的输出不等于零。

惯性导航技术中的陀螺仪原理与误差补偿

惯性导航技术中的陀螺仪原理与误差补偿惯性导航技术是一种常见的导航方式，它通过测量物体在空间中的加速度和角速度，从而确定物体的位置和方向。

在惯性导航中，陀螺仪是一个关键的设备，用于测量物体的角速度。

本文将探讨陀螺仪的原理以及在惯性导航中的误差补偿。

陀螺仪是一种利用物体的陀螺效应进行测量的仪器。

陀螺效应是指在物体自转时会出现的一种现象，这种现象可以借助陀螺仪进行测量。

陀螺仪通常由一个旋转的转子和感测器组成，转子的旋转轴与物体的旋转轴平行。

当转子自身旋转时，会产生一个稳定的旋转轴，这个旋转轴可以用来测量物体的角速度。

陀螺仪工作的原理很简单。

当物体发生旋转时，陀螺仪感测到的角速度与物体旋转的角速度相同。

这是因为陀螺仪中的旋转转子会受到物体的角速度的影响而产生偏转，感测器则会测量到这个偏转的角速度。

通过测量这个角速度，可以确定物体的旋转方向和角速度大小。

然而，陀螺仪在实际使用中存在着一些误差。

其中最主要的误差是漂移误差。

漂移误差是指在没有旋转的情况下，陀螺仪仍然会测量到一个非零的角速度。

这种误差是由于陀螺仪内部的一些因素导致的，比如传感器的非线性、噪声和温度变化等。

漂移误差会导致惯性导航系统的误差累积，进而影响到导航的准确性。

为了解决陀螺仪误差的问题，研究人员提出了一系列的误差补偿方法。

其中一种常用的方法是基于卡尔曼滤波算法的误差补偿。

卡尔曼滤波算法是一种利用状态估计的方法来预测和校正误差的算法。

在陀螺仪误差补偿中，卡尔曼滤波算法可以利用惯性测量单元（IMU）的其他传感器数据，比如加速度计和磁力计的数据，来对陀螺仪的测量结果进行校正。

另一种常见的陀螺仪误差补偿方法是基于零偏校正。

零偏是陀螺仪中的一种系统误差，它会导致测量结果的偏离真实值。

通过对陀螺仪进行定期的零偏校正，可以使陀螺仪的测量结果更加准确。

零偏校正可以通过多种方式进行，比如利用静态校准和动态校准方法。

静态校准是在不进行运动的情况下校正陀螺仪，而动态校准则是在物体运动时进行校正。

IMU-惯性测量单元

IMU-惯性测量单元组合惯导产品是将陀螺，磁力计，加速度计，GPS等有机组合以提供更加丰富精确的导航信息。

IMU（惯性测量单元，可输出载体三轴的角速度，加速度值）。

主要应用在航空、陆地、海洋导航，跟踪控制，平台稳定，ROV/AGV控制，UAV/RPV控制，精准耕种等。

美国Crossbow系列产品：IMU700CB, IMU440CA, IMU321, ADIS16350/ADIS16355;ADIS16350/ADIS16355温度校准iSensor®提供完全的三轴惯性检测(角度运动与线性运动)，它是一个小体积模块，适合系统集成。

ADIS16355内核采用Analog Devices, Inc., (ADI公司)的iMEMS®传感器技术，内置嵌入式处理用于传感器校准与调谐。

SPI接口允许简单的系统接口与编程。

特点：-三轴陀螺仪;动态范围：±75°/s, ±150°/s, ±300°/s14位分辨率-集成三轴加速度计±10 g 测试范围14位分辨率-带宽：350 Hz-在温度范围内，工厂已校准灵敏度与偏移ADIS16350: +25°CADIS16355: −40°C 至+85°C-SPI®兼容串行接口-承受冲击加速度：2000g（通电情况下）应用：-飞行器的导航与控制-平台稳定与控制-运动控制与分析-惯性测量单元-GPS辅助导航-摄像稳定-机器人ADIS16355系列惯性测量单元参数条件典型值单位陀螺灵敏度灵敏度25℃，动态范围：±300°/s 0.07326 °/s/LSB25℃，动态范围：±150°/s 0.03663 °/s/LSB25℃，动态范围：±75°/s 0.01832 °/s/LSB灵敏度温度系数40 ppm/℃非线性0.1 %陀螺轴非正交性25℃，与理想90°比±0.05 °陀螺轴失准角25℃，相对于基准面±0.5 °陀螺零偏零偏稳定性25℃，1σ0.015 °/s角度随机游走25℃，1σ 4.2 °/√Hz温漂系数0.008 °/s/℃g值敏感任意轴，1σ0.05 °/s/g电压敏感Vc c =4.75V to 5.25V 0.25 °/s/V陀螺噪声输出噪声25℃，动态范围：±300°/s，不滤波0.6 °/s rms 25℃，动态范围：±150°/s，4阶滤波0.35 °/s rms25℃，动态范围：±75°/s，16阶滤波0.17 °/s rms速率噪声密度25℃，频率=25Hz，±300°/s，不滤波0.05 °/s/√Hz rms陀螺频响3dB带宽350 Hz谐振频率14 KHz加速度计灵敏度测量范围每个轴±10 g灵敏度25℃，每个轴 2.522 mg/LSB非线性±0.2 %温度系数10 ppm/℃加计轴间非正交性25℃，与理想90°比±0.25 °加计轴失准角25℃，相对于基准面±0.5 °加计零偏0g偏置25℃±20 mg温度系数0.33 mg/℃加计噪声输出噪声25℃，无滤波35 mg rms噪声密度25℃，无滤波 1.85 mg/√Hz rms加计频响3dB带宽350 Hz谐振频率10 KHz温度传感器输出25℃0 LSB灵敏度 6.88 LSB/℃ADC输入分辨率12 bits输入范围0~2.5 VDAC输出分辨率12 bits输出范围0~2.5 V转换速度最大采样率819.2 sps最小采样率0.413 sps启动时间初始上电150 ms休眠模式恢复 3 ms供电供电电压5±5% V供电电流25℃，通常模式33 mA25℃，快速模式57 mA25℃，休眠模式500 μA条件：温度=-40℃~+85℃;Vc c =5V;角速率=0°/s;动态范围=±300°/s，±1g本公司还供应上述产品的同类产品：。

惯导对准算法

惯导对准算法摘要：一、惯导对准算法概述二、惯导对准算法原理1.惯性测量单元（IMU）2.姿态计算3.误差补偿三、惯导对准算法应用1.航姿系统2.无人飞行器3.机器人导航四、惯导对准算法优化与改进1.数据融合2.算法实时性提升3.精度提高正文：惯导对准算法是一种基于惯性测量单元（IMU）测量数据的导航算法，用于计算载体姿态并实现精确对准。

在航空航天、无人飞行器、机器人等领域具有广泛应用。

本文将从惯导对准算法的概述、原理、应用以及优化改进等方面进行详细介绍。

一、惯导对准算法概述惯导对准算法是基于惯性测量单元（IMU）测量数据的一种导航算法，适用于精确测量载体姿态。

IMU采集载体运动过程中的加速度和角速度数据，通过对这些数据进行处理，可以得到载体的实时姿态信息。

惯导对准算法在军事、航空航天、无人机等领域具有重要应用价值。

二、惯导对准算法原理1.惯性测量单元（IMU）：IMU是惯导对准算法的基础设备，用于测量载体运动过程中的加速度和角速度。

IMU主要包括加速度计、陀螺仪等传感器。

2.姿态计算：通过对IMU采集的加速度和角速度数据进行积分运算，可以得到载体的姿态变化。

由于积分过程中存在累积误差，需要对姿态进行实时更新。

3.误差补偿：为了提高惯导对准算法的精度，需要对测量数据中的误差进行补偿。

误差补偿方法包括传感器标定、数据滤波等。

三、惯导对准算法应用1.航姿系统：惯导对准算法在航空器上得到广泛应用，为飞行器提供精确的姿态信息，以保证飞行安全。

2.无人飞行器：惯导对准算法在无人机上发挥着重要作用，为无人机提供实时、精确的姿态信息，确保无人机稳定飞行。

3.机器人导航：惯导对准算法在机器人领域也有广泛应用，为机器人提供精确的导航信息，提高机器人运动精度。

四、惯导对准算法优化与改进1.数据融合：将IMU测量数据与其他传感器数据（如GPS、视觉传感器等）进行融合，可以提高惯导对准算法的精度。

2.算法实时性提升：对惯导对准算法进行优化，提高算法的计算速度，以满足实时性要求。

imu标定方法

imu标定方法
imu标定是指对惯性测量单元（IMU）进行精确校准，以确保其测量结果的准确性和稳定性。

IMU是一种集成了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的装置，用于测量物体的加速度、角速度和方向信息。

IMU标定的目的是消除传感器的误差，使其输出的测量结果更加准确。

标定过程通常包括以下几个步骤：
1. 加速度计标定：加速度计常常存在漂移和非线性误差。

在标定过程中，需要将IMU放置在不同的位置和方向，通过与重力加速度的比较来校准加速度计的零偏和比例因子。

2. 陀螺仪标定：陀螺仪也存在漂移和非线性误差。

在标定过程中，需要将IMU 放置在静止和旋转的状态下，通过与已知旋转速度的比较来校准陀螺仪的零偏和比例因子。

3. 磁力计标定：磁力计容易受到外部磁场的干扰，因此需要进行磁力计校准来消除这些干扰。

标定过程中，需要将IMU在不同方向下移动，通过与已知地磁场的比较来校准磁力计的零偏和比例因子。

除了上述传感器的标定，还可以对温度、偏航角等进行标定，以进一步提高IMU 的测量精度。

IMU标定通常需要使用专业的标定设备和算法来实现。

例如，可以使用机械平台来控制IMU在不同的姿态下进行标定，同时使用最小二乘法等算法来进行误差估计和校准参数的求解。

IMU标定的结果对于定位、导航和姿态估计等应用非常重要。

准确的IMU测量结果可以提高飞行器、机器人等系统的运动控制和路径规划的精度，从而提升整个系统的性能和可靠性。

总之，IMU标定是一项重要的工作，通过消除传感器误差和干扰，可以提高IMU 的测量精度，进而提高相关应用的性能。

MEMS_IMU构型设计及惯性器件安装误差标定方法

图 1 所示的三个微惯性测量模块相互正交安装，构成 MEMS-IMU。新型 MEMS-IMU 的三个惯性测量模块分别编号命名为 Mx、My、Mz，三个模块按正交的方式安装，如图 2 所示。MEMS-IMU 非正交安装误差主要是由于三个模块之间的安装误差造成的。
图 1 和图 2 所示的 MEMS 微惯性测量模块中，2 轴加速度计芯片和 Z 轴陀
⎡ ⎢ ⎢
f
b x
f
b y
⎤ ⎥ ⎥
=
⎡ ⎢ ⎢
0
f
b y
⎤ ⎥ ⎥
⎫ ⎪ ⎪
⎢⎣0
0
−1⎥⎦
⎢⎣
f
b z
⎥⎦
⎢⎣
−
f
b z
⎥⎦
⎢⎣0
0
0
⎥⎦
⎢⎣
f
b z
⎥⎦
⎢⎣ 0 ⎥⎦
⎪ ⎪
⎡0 fMy _ ax = ⎢⎢0
⎢⎣0
0 0 0
0 0
⎤ ⎥ ⎥
⎡ ⎢ ⎢
f
b x
f
b y
⎤ ⎥ ⎥
=
⎡ ⎢ ⎢
0 0
⎤
收稿日期：2007-06-18；修回日期：2007-08-19 基金项目：航空科学基金项目（04D52030）；国防科技预研基金（9140A090207）。作者简介：李荣冰(1977—)，男，博士研究生，主要研究方向为基于 MEMS 技术的微型惯性组合导航系统、微型飞行器
导航技术。 E-mail：lrbing@ 联系人：刘建业（1957—），男，教授，博士生导师。 E-mail：ljyac@
2 基于重力参考矢量的 MEMS 惯性器件安装误差的标定方法
本文所设计的 MEMS-IMU 的重要特点是“同一模块内两个加速度计测量量叉乘运算后得到的矢量与 MEMS 陀螺敏感轴同向”。基于这一特点和前提，本文所提出的 MEMS-IMU 可利用位置转台，以重力加速度矢量作为参考基准，能实现对 MEMS 陀螺非正交安装误差的标定，这是本文 MEMS-IMU 的一个突出优点。

MEMS惯性测量单元(IMU)-陀螺仪对准基础

MEMS惯性测量单元（IMU）/陀螺仪对准基础对于在反馈环路中采用MEMS惯性测量单元（IMU）的高性能运动控制系统，传感器对准误差常常是其关键考虑之一。

对于IMU中的陀螺仪，传感器对准误差描述各陀螺仪的旋转轴与系统定义的惯性参考系（也称为全局坐标系）之间的角度差。

为了管控对准误差对传感器精度的影响，可能需要独特的封装、特殊的组装工艺，甚至在最终配置中进行复杂的惯性测试。

所有这些事情都可能会对项目管理的重要指标：如计划、投资和各系统中IMU相关的总成本等，产生重大影响。

因此，在设计周期的早期，当还有时间界定系统架构以实现最有效解决方案的时候，对传感器对准误差加以考虑是十分有必要的。

毕竟，没有人希望在烧掉项目80%的计划时间和预算之后才发现，为了满足最终用户不容商量的交货要求，其并不昂贵的传感器需要增加数百甚至数千美元的意外成本，那样可就糟糕至极了！设计系统的IMU功能架构时，有三个基本对准概念需要了解和评估：误差估计、对准误差对系统关键行为的影响以及电子对准（安装后）。

初始误差估计应当包括IMU以及在运行过程中将其固定就位的机械系统这两方面的误差贡献。

了解这些误差对系统关键功能的影响有助于确立相关性能目标，防止过度处理问题，同时管控无法兑现关键性能和成本承诺的风险。

最后，为了优化系统的性能或以成本换空间，可能需要某种形式的电子对准。

预测安装后的对准误差一个应用的对准精度取决于两个关键因素：IMU的对准误差和在运行过程中将其固定就位的机械系统的精度。

IMU的贡献（IMU）和系统的贡献（SYS）通常并不相关，估计总对准误差时，常常是利用和方根计算将这两个误差源加以合并：某些IMU规格表通过轴到封装对准误差或轴到坐标系对准误差等参数来量化对准误差。

图1以夸张方式显示了ADIS16485中各陀螺仪相对于其封装边缘的对准误差。

图中的绿色虚线代表封装定义的参考系的各轴。

实线代表封装内部陀螺仪的旋转轴，IMU代表三个对准误差项的最大值（X、Y、Z）。