IMU、AHRS、VRU和GNSS、INS

IMU: Inertial Measurement Unit 中文译称“惯性测量单元”,包含陀螺仪,加速度计。IMU将所有运动视作直线运动与旋转运动的总和,因而通过加速度计测得直线运动,通过陀螺仪测得旋转运动,进而和初始姿态相对比,得到当前的状态与相对位移,并不依赖外部的重力场或磁场,可以在任何情况下使用(精度够高的话)。

AHRS: Attitude and Heading Reference System 中文译称“航姿参考系统”,AHRS由加速度计,磁场计,陀螺仪构成,能够为飞行器提供航向(yaw),横滚(roll)和侧翻(pitch)信息,这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。AHRS的真正参考来自于地球的重力场和地球的磁场,其静态终精度取决于对磁场的测量精度和对重力的测量精度,而则陀螺决定了他的动态性能。说明AHRS离开了地球这种有重力和磁场环境的时候是没法正常工作的,而且特别注意:磁场和重力场越正交,则航姿测量效果越好---也就是说如果磁场和重力场平行了,比如在地磁南北极,这里的磁场是向下的,即和重量场方向相同了,这个时候航线交是没法测出的,这是航姿系统的缺陷所在,在高纬度的地方航线角误差会越来越大

实际上,AHRS只是IMU的一个特例,是他的一个子集。

VRU:动态倾角单元。 动态横滚、俯仰角

我们知道AHRS比IMU还多一个电子罗盘传感器,但是由于AHRS中的传感器价格相对低廉,因此精度不高,误差噪声很大,因此如果没有一个恒定的重力场和磁场来进行修正的话,在时间的作用下,姿态偏差极其严重。但是IMU成本虽然高,但并不是绝对准确,只是相对的较为精确。

其实二者最大的区别还是AHRS是通过与地球参考得出自身姿态,而IMU是相较于自身的初始姿态来进行姿态测量的:
1.在AHRS中:加速度计测量值与地球加速度值对比,获得姿态;陀螺仪测量自身角度变化,电子罗盘确定相对于地磁自身的航向。假如某时刻地球磁场和重力场改变,在时刻对比的AHRS系统中,将出现跟随的变化。
2.在IMU中:加速度计测量运动时的数据,通过计算,测得自身的实时速度与加速度,并积分,求出相较于初始状态的位移和速度变化值;陀螺仪测得自身的角度变化;通过两个高精度的传感器就可以得到不参照任何参考物的自身姿态(只参考比较自身的初始状态)。
以上三个都是具体功能的器件。

以下两个是一套系统统称:

GNSS:Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统,包括GPS,GLONASS,北斗卫星导航系统 (BDS)

INS:全称Inertial Navigation System即惯性导航系统。IMU是测量角速度和加速度的装置,INS是通过测量得出的角速度和加速度的数值可以确定运动载体在惯性参考坐标中的运动

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