慣性測量單元IMU定義及其應用

慣性測量單元IMU可獲得載體的姿態(tài)、速度和位移等信息，被廣泛用于汽車、機器人領域，也被用于需要用姿態(tài)進行精密位移推算的場合，如潛艇、飛機等慣性導航設備中。基于 MEMS 技術的 IMU慣性測量單元，以及 MEMS慣性傳感器，將是未來發(fā)展的重點。

慣性測量單元 Inertial measurement unit，簡稱IMU，是測量物體三軸姿態(tài)角（或角速率）及加速度的裝置。陀螺儀和加速度計，是慣性導航系統(tǒng)的核心裝置。借助內(nèi)置的加速度傳感器和陀螺儀，IMU 可測量來自三個方向的線性加速度和旋轉角速率，通過解算可獲得載體的姿態(tài)、速度和位移等信息。 

Honywell公司的HG1120|HG4930|HGUIDE I300慣性測量單元IMU是基于MEMS的，應用包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)設備、機器人、穩(wěn)定平臺、測繪、交通運輸、水下機器人AUVs、無人機UAVs和無人駕駛地面車輛UGVs。HG4930慣性測量單元IMU具有超小尺寸，重量輕和功耗低等特點，適合絕大部分應用場合。

IMU慣性測量單元可獲得載體的姿態(tài)、速度和位移等信息，被廣泛用于汽車、機器人領域，也被用于需要用姿態(tài)進行精密位移推算的場合，如潛艇、飛機等慣性導航設備中?；?nbsp;MEMS 技術的 IMU慣性測量單元，以及 MEMS 慣性傳感器，將是未來發(fā)展的重點。

慣性測量單元 Inertial measurement unit，簡稱 IMU，是測量物體三軸姿態(tài)角（或角速率）及加速度的裝置。陀螺儀和加速度計，是慣性導航系統(tǒng)的核心裝置。借助內(nèi)置的加速度傳感器和陀螺儀，IMU 可測量來自三個方向的線性加速度和旋轉角速率，通過解算可獲得載體的姿態(tài)、速度和位移等信息。

Honywell公司的HG1120|HG4930|HGUIDE I300慣性測量單元IMU模塊

慣性測量單元IMU定義及功能

根據(jù)美國 IEEE 協(xié)會正在修訂的 P1559 號標準，IMU慣性測量單元被定義為“無需外部參考的可測量三維線運動及角運動的裝置”。通常情況下，每套慣性測量裝置包含三組陀螺儀和加速度傳感器，分別測量三個自由度的角加速度和線加速度，通過對加速度的積分和初始速度、位置的疊加運算，得到物體在空間位置中的運動方向和速度，結合慣性導航系統(tǒng)內(nèi)的運動軌跡設定，對航向和速度進行修正以實現(xiàn)導航功能。 

目前來說，市面上存在的 IMU慣性測量單元 以 6 軸與 9 軸為主。6 軸 IMU 包含一個三軸加速度傳感器，一個三軸陀螺儀；9 軸 IMU 則多了一個三軸的磁力計。另外，對于采用 MEMS 技術的IMU，一般還內(nèi)置有溫度計進行實時的溫度校準。 無論是 6 軸或 9 軸 IMU，都可實時的輸出三維的角速度信號與加速度信號，以此解算出物體的當前姿態(tài)。這在在平臺穩(wěn)定與導航中有著重要的應用價值。

慣性測量單元IMU廣泛應用

慣性測量單元IMU大多用在需要進行運動控制的設備，如汽車和機器人上，也被用于需要用姿態(tài)進行精密位移推算的場合，如潛艇、飛機、導彈和航天器的慣性導航設備等。與其他導航系統(tǒng)相比， 慣導系統(tǒng)同時具有信息**、完全自主、高度隱蔽、信息實時與連續(xù)， 且不受時間、地域的限制和人為因素干擾等重要特性，可在空中、水中、地下等各種環(huán)境中正常工作。 

例如，慣性測量單元IMU的上述優(yōu)勢，在自動駕駛系統(tǒng)中表現(xiàn)的尤為明顯。在自動駕駛系統(tǒng)中，IMU 可作為其他傳感器數(shù)據(jù)缺失時的有效補充。通過計算車輛的姿態(tài)（俯仰角和滾動角）、航向、速度和位置變化，IMU 可用于填補 GNSS 信號更新之間的空白，甚至可在 GNSS 和系統(tǒng)中的其他傳感器失效時，進行航位推算。因此，作為一個獨立的數(shù)據(jù)源，IMU 可用于短期導航，并驗證來自其他傳感器的信息。

自動駕駛系統(tǒng)中的 慣性測量單元IMU應用

慣性測量單元IMU的工作原理

慣性測量單元IMU的原理和黑暗中走小碎步很相似。在黑暗中，由于自己對步長的估計和實際走的距離存在誤差，走的步數(shù)越來越多時，自己估計的位置與實際的位置相差會越來越遠。走**步時，估計位置與實際位置還比較接近；但隨著步數(shù)增多，估計位置與實際位置的差別越來越大。根據(jù)此方法推廣到三維，就是慣性測量單元的原理。 

學術上的表述是：以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導航坐標系中，就能夠得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息。 

慣性傳感器的發(fā)展情況直接決定了慣性導航系統(tǒng)的開發(fā)和應用，慣性傳感器自身的成本、體積和功耗影響了慣性導航系統(tǒng)的相應參數(shù)指標。慣性測量傳感器的發(fā)展需要權衡以下幾個因素：**性、連續(xù)性、可靠性、成本、體積 / 重量、功耗。 

目前，在慣性導航的下游民用市場，慣性傳感器的應用涵蓋了大地測量、石油鉆井、電子交通、汽車**、消費電子等領域，其中 MEMS 慣性傳感器在消費級市場應用領域*為廣泛。同時，體積小、價格低廉的 MEMS 慣性傳感器和高精度、高性能傳感器，將是未來發(fā)展的重點。

目前，基于 MEMS 加工工藝的慣性測量單元IMU的技術發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在以下三個方面： 

1. 向高度集成化方向發(fā)展。在民用應用領域，利用表面工藝在單芯片上實現(xiàn)多軸陀螺儀、加速度傳感器、數(shù)字處理電路等功能部件、組件的一體集成。 

2. 向高性能方向發(fā)展。進一步改善傳感器、加速度傳感器性能，優(yōu)化整體結構形式，提高慣性測量裝置的性能和環(huán)境適應性。 

3. 向組合化方向發(fā)展。鑒于目前基于 MEMS 技術的 IMU 尚處于中低精度，且其導航定位誤差隨時間的累積而增加。因此，IMU 通常與其他定位誤差不隨時間累積的導航定位系統(tǒng)，例如 GPS、多普勒雷達、地形匹配等技術相組合，進而實現(xiàn)組合導航，這也其未來的一個重要發(fā)展趨勢。

延伸閱讀：Honeywell霍尼韋爾公司發(fā)布HG1120和HG4930慣性測量單元IMU

 

Honywell公司的HG1120慣性測量單元IMU是基于MEMS的，應用包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)設備、機器人、穩(wěn)定平臺、測繪、交通運輸、水下機器人AUVs、無人機UAVs和無人駕駛地面車輛UGVs。HG1120慣性測量單元IMU具有超小尺寸，重量輕和功耗低等特點，適合絕大部分應用場合。
Honeywell霍尼韋爾公司發(fā)布HG1120和HG4930慣性測量單元IMU，HG1120慣性測量單元IMU包含MEMS陀螺儀，加速度傳感器和磁場計。

Honeywell霍尼韋爾公司HG1120具有如下優(yōu)勢：

a. 產(chǎn)品結構結實，重量輕,<70g

Honeywell霍尼韋爾公司HG4930

Honywell公司的HG4930慣性測量單元IMU是基于MEMS的，應用包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)設備、機器人、穩(wěn)定平臺、測繪、交通運輸、水下機器人AUVs、無人機UAVs和無人駕駛地面車輛UGVs。

HG4930慣性測量單元IMU具有超小尺寸，重量輕和功耗低等特點，適合絕大部分應用場合。HG4930AA51慣性測量單元IMU包含MEMS陀螺儀，加速度傳感器和磁場計。

HG4930霍尼韋爾慣性測量單元具有如下優(yōu)勢：

d. 加速度測量范圍大；測量范圍：可達85g