IMU: 惯性测量传感器

传感器，一个耳熟能详的词。当人们听到它时，他们可以立即将其与其他高科技设备联系起来，下意识觉得产品是可靠的。随着当今科技的发展，越来越多的不同的传感器广泛地使用在各种产品和领域中，但是在我们的生活中却很难发觉对它们的依赖，比如在手机、汽车、自动水龙头、自动门、生物识别以及其他许多的技术中，传感器都起着关键作用，而我们却极有可能没有注意到它们在我们的生活大大小小的方面都发挥着重要作用。这其中就包括了惯性测量传感器（更多地被称为IMU），它是一个非常先进的传感器，如图所示的就是一个阿波罗IMU，其惯性参考坐标系陀螺仪（IRIGs,Xg,Yg,Zg）感应姿态变化，而脉冲集成下垂加速计（PIPAs,Xa,Ya,Za）感应速度变化。

 (https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_measurement_unit) 

术语 "IMU "仅指传感器，但从技术上讲，它的输出包括三种不同类型的传感器的输出，即陀螺仪、磁力计和加速计，主要用于计算和报告主体的确切受力、角速率以及方向。因此如果有人告诉你，你的设备装有一个IMU传感器，你要知道，整个传感器大军都在为你行动。此外，近年来，随着技术发展也开始生产一些支持IMU的GPS设备，且IMU允许GPS接收器在GPS信号不可用的情况下工作，例如在隧道、建筑物内或有电子干扰时。

这种传感器融合是通过结合两个或更多的数据源来估计方向，以产生对系统的更好理解。多个传感器或数据源意味着：

▪ 更多的一致性。

▪ 更准确的数据。

▪ 更好以及更广的覆盖面。

▪ 比起单一数据源要更可靠。

▪ 由于噪音较低而提高了数据的质量。

▪ 更高效以及更好的校准。

▪ 提高了可靠性。

▪ 对还未测量的状态可以有更好的估计。

它是如何工作的呢？

惯性测量单元（IMU）测量并报告原始或过滤的角速度，以及附着体所受的特定力或加速度。惯性测量单元的数据输出通常是附着体加速度、角速率和（可选）磁场测量；它的功能是使用一个或多个加速度计检测线加速度，使用一个或多个陀螺仪检测转速。

什么是加速度计？

加速度计用于测试载体的运动加速度，然后用于计算载体的实时位置，是一个测量结构的振动或运动加速度的设备；主要用于车辆电子稳定控制系统，以测量车辆的实际运动。

什么是陀螺仪？

陀螺仪，其实是一种软件，它可用来确定一个物体在三维空间内的方向，主要测量绕三个轴的角速度，即俯仰（X轴）、滚转（Y轴）和偏航（Z轴）。当与传感器融合集成时，用于保持参考方向或在导航、稳定器等中维持稳定性。 

什么是磁力计?

磁力计用作航向参考。它们测量特定位置磁场的方向、强度以及其相对变化。

IMU 包括一个3轴加速度计和一个3轴陀螺仪，可看作一个 6 轴 IMU。（它们还可以包括一个额外的 3 轴磁力计，即一个9 轴 IMU）IMU 可直接测量线加速度和转速，所以其输出优于通过位置数据的时间导数获得的加速度和速度。

另一个需要了解的重要的专业用语是，“陀螺仪传感器”，它是感应角速度的设备，称为角速率传感器或角速度传感器。（角速度是单位时间内旋转角度的变化，一般用度每秒表示）。

对于内陆车辆而言，IMU 可以集成到基于 GPS 的汽车导航系统或车辆跟踪系统中。例如，为系统提供航位推算能力，并能够收集尽可能多的关于车辆当前速度、转弯率、航向、倾斜度和加速度的准确数据，结合车辆的轮速传感器输出，如果有倒档信号的话，还能更好的进行交通碰撞分析等。

航位推算

在航位推算中，可通过使用先前确定的位置、航向方向、速度数据的估计以及经过一段时间的航向，计算出车辆（或其他任何移动物体）的当前位置。其次，航位推算广泛应用于惯性导航系统，因为它会提供非常准确的方向信息。高端汽车导航系统还通过使用航位推算来克服GPS/GNSS 技术的局限性，比如卫星微波信号在隧道、城市峡谷、停车场和树木附近由于卫星视线受阻或多径传播而信号较少或信号缺失，等等诸如此类的问题。这种高端汽车配备了了解车轮周长并记录车轮旋转和转向方向的传感器，这些传感器通常已经用于汽车的其他用途中，例如防抱死制动系统、电子稳定控制等，导航系统可以从控制器局域网总线读取它们。

在 Influx，ReXgen2 IMU 版本具有类似的特征。它由内部加速度计和陀螺仪模块组成。加速度输出数据速率高达 6664 Hz，满量程时的振动率为 ±2/±4/±8/±16 g。陀螺仪的角度输出数据速率高达 1666 Hz，满量程为±125/±250/±500/±1000/±2000 dps。Influx Technology 计划推出 ReXgen 和 Rebel 系列记录器，以支持使用 UBlox ADR 模块的汽车航位推算。