滤波、传感器融合、IMU合GPS可以测量哪些物理量

结论

IMU

paxhawk/pixhack自带的IMU（惯性测量模块）包含以下传感器：加速度计、陀螺仪、磁罗盘。

加速度计

三轴的加速度值
姿态值

陀螺仪

三轴的角速度值
姿态值

GPS

位置
速度

原理

加速度计

• 可以直接测量三轴的加速度值。
• 间接计算出姿态的近似值，计算公式如下：
  
• 优缺点：
  俯仰角和横滚角可以由加速度计测量得到，漂移小，但噪声大。

陀螺仪

• 陀螺仪可以直接测量出三轴的角速度值。
• 间接计算出姿态的近似值：
  
  将角速度进行积分即可得到姿态角的近似值。
• 优缺点：
  姿态角可以由角速度积分得到，噪声小，但是漂移大。

GPS

• GPS模块可以直接测量出速度、位置值。
• 优缺点：
  只能应用于室外环境，保证搜索到的卫星数>=10，不然误差或者漂移巨大。室内基本上搜索不到星。

传感器融合

使用不同传感器得到的测量数据进行融合，以得到更加准确的数据。

滤波算法

线性互补滤波

卡尔曼滤波KF

1

扩展卡尔曼滤波EKF

1

小结

(1) 为得到准确的姿态角数据，使用互补滤波算法对陀螺仪和加速度计的数据进行融合。
这种算法相当于对陀螺仪数据做高通滤波，而对加速度计数据做低通滤波。这样可以有效
消除陀螺仪和加速度计的测量噪声，将两者数据进行互补。
(2) 互补滤波算法中对陀螺仪和加速度计数据的使用是通过参数来控制的，改变值大小会
影响互补滤波效果。当值很大时，加速度计所起的作用很小，主要使用陀螺仪的值，而 当值很小时，陀螺仪所起的作用很小，主要使用加速度计的值。
(3) 设计出卡尔曼滤波器，建立过程模型和观测模型。实验结果表明，卡尔曼滤波器的滤
波效果要比互补滤波好，另一方面与Pixhawk自驾仪中自带的滤波算法比较接近。
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