INS 、AHRS、VRU、IMU的区别与联系

这篇博客主要是想自己理一下这几个概念，从简单到复杂进行阐述。

IMU（Inertial Measurement Unit）： 即“惯性测量单元”，一般来说IMU仅包含陀螺仪和加速度计。陀螺仪输出载体相对于惯性系的旋转角速率或者角增量，而加速度计输出比力（即去掉重力后的整体加速度或者单位质量上作用的非引力）或者速度增量。现在市场上既有IMU芯片，也有经过阵列排布和标定后的IMU模组。

VRU（Vertical Reference Unit）：即“垂直参考单元”，VRU是在IMU传感器的基础上，增加了计算横滚角和俯仰角的算法，VRU也可以提供无参考标准的航向角，航向角一般启动时为0°，随时间的增加，误差累积。由于在低动态情况，加速度计感受到的主要是垂直方向上的重力，因此可以采用互补滤波等算法进行横滚和俯仰的计算，并达到较好的精度。

AHRS（ Attitude and Heading Reference System ）：即“航姿参考系统”，AHRS一般由IMU（陀螺、加速度计）和磁力计组成，并增加了计算横滚、俯仰、航向的算法。相比于VRU，由于增加了磁力计，因此不仅可以使用重力参考计算横滚、俯仰，还可以利用地磁参考计算航向，其算法通常也是互补滤波算法。除了磁力计，双天线GPS也可以提供航向信息，因此将磁力计替换为GPS航向或其他能提供航向的传感器，也可以组成AHRS系统。之前的博客也有相关算法的介绍，具体参见关于如何调节Mahony AHRS算法的参数、PX4中的mahony姿态算法解析、AHRS互补滤波（Mahony）算法及开源代码。

INS（Inertial Navigation System）：即“惯性导航系统”，惯导系统利用IMU数据进行航迹推算，提供位置、速度、姿态信息。由于惯性导航系统推算误差随时间累积，因此通常和其他导航系统进行组合，如卫星导航系统、轮速计、气压计等，内部通常采用卡尔曼滤波算法。

之前博客中总结了一些和惯导相关的开源项目，具体可参见添IMU惯导相关开源项目整理。