简介
随着科技的进步，导航的方案也层出不穷，尤其是SLAM技术极大的促进了导航方案在机器人、无人驾驶等领域的发展，绝大多数导航方案都会使用惯性测量单元（IMU）来融合其他传感器来实现更加精确的导航。然而在体积、成本、性能、功耗等诸多因素的限制下，如何选择一款适合客户应用的姿态传感器便成了客户最大的难点。
HI2XX系列姿态模块是综合了体积、成本、性能、功耗等诸多因素后推出的工业级姿态传感器，这篇文章旨在帮助设计人员理解IMU的基础知识及相关应用，并为用户提供选择方案。
术语
IMU惯性测量单元(Inertial Measurement Unit) 是测量物体三轴角速度和加速度的设备。一个IMU内可能会装有三轴陀螺仪和三轴加速度计，来测量物体在三维空间中的角速度和加速度。严格意义上的IMU只为用户提供三轴角速度以及三轴加速度数据。
VRU 垂直参考单元(Vertical Reference Unit)是在IMU的基础上，以重力向量作为参考，用卡尔曼或者互补滤波等算法为用户提供有重力向量参考的俯仰角、横滚角以及无参考标准的航向角。通常所说的6轴姿态模块就属于这类系统。航向角没有参考，不管模块朝向哪里，启动后航向角都为0°(或一个设定的常数)。随着模块工作时间增加，航向角会缓慢累计误差。俯仰角，横滚角由于有重力向量参考，低机动运动情况下，长时间不会有累积误差。
AHRS 航姿参考系统(Attitude and Heading Reference System)AHRS系统是在VRU的基础上增加了磁力计或光流传感器，用卡尔曼或者互补滤波等算法为用户提供拥有绝对参考的俯仰角、横滚角以及航向角的设备，这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。我们通常所说的9轴姿态传感器就属于这类系统，因为航向角有地磁场的参考，所以不会漂移。但地磁场很微弱，经常受到周围带磁物体的干扰，所以如何在高机动情况下抵抗各种磁干扰成为AHRS研究的热门。
GNSS/INS 组合导航系统，顾名思义这种系统是利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System 简称GNSS，它是GPS，北斗，GLONASS、GALILEO等系统的统称) 与惯性导航(Inertial Navigation System)各自的优势进行算法融合，为用户提供更加精准的姿态及位置信息。
下图是组合导航系统的一个基本的框图，它以加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、GNSS等作为基本输入，利用融合算法输出用户所需要的姿态信息、位置信息以及速度信息。
HI2XX系列传感器包含HI226和HI229，其中HI226是VRU，HI229是AHRS。它们都是工业级姿态传感器。
关于几轴
我们生活在三维世界，人们理所当然的认为只有三个轴。那么为什么会出来6轴，9轴以及10轴？在这里我们不能简单地把6轴，9轴向物理世界对应: 它实际的意思是表示N种测量值。一个典型的姿态测量系统可以测得加速度和角速度，总共是6维向量，这是我们通常所说的6轴IMU，除此之外系统还可能包括三维的地磁场以及一维的气压计，就成了我们通常称的9轴和10轴系统。
自由度(Degree of Freedom, DoF) : 6DoF，9DoF也是经常听到的说法。空间中的刚体只有平移和旋转。其中平移三个自由度，旋转三个自由度，因此用9Dof与10Dof来描述姿态系统实际上是不恰当的，但是目前国内有一些厂商依然会用9DoF，10DoF来描述系统，我们理解就可以，不必过于深究。
HI226与HI229分别属于6轴姿态传感器与9轴姿态传感器。
下表为HI2XX系列的产品特性总结：
IMU性能指标及误差源
量程(Range) 它指的是IMU可以测量的加速度角速度的范围，意味着只要传感器运动范围如果不超过IMU的量程，那么便可以提供准确的数据，通常角速度的单位是 °/s，加速度单位是g。正常情况下, 机器人和无人驾驶角速度一般不会超过200 °/s，加速度不会超过4g，但是大量程可以在产品使用的过程中经受偶发性冲击，鲁棒性好。
随机游走(Random Walk) IMU系统通过对角速度与角加速度积分来获得姿态角与速度，但是原始测量值中含有噪声，这些噪声被积分后便形成了随机游走，并随着时间的平方根变化而变化。角度随机游走（ARW）的单位是°/sqrt(hr),速度随机游走噪声（VRW）的单位是m/s/ sqrt(hr)。
随机游走(Random Walk) 它体现了在输出带宽内，频率对噪声的影响。角速度的噪声频谱密度单位是°/s/√Hz，加速度的噪声频谱密度是g/√Hz。
零偏(Bias) 当IMU保持静止时, 它依然会有一个很小输出，这个输出的数值就是零偏。它会受到IMU的上电状态、温度、内部结构等因素影响，比如陀螺仪理论上静止时应该是0°/s，实际上陀螺仪静止的输出是一个均值不为零的噪声。
零偏稳定性(Bias Stability/In-run bias ) 这是评价低成本IMU非常重要的性能指标，它可以被定义为IMU相对于其输出速率平均值的偏差或漂移量。陀螺仪零偏稳定性的单位是°/h，加速度计的零偏稳定性单位是g/h。
比例因子(Scale Factor) 比例因子描述了输入与输出的相关性，比如载体实际旋转的角速度是100 °/s，但是陀螺仪输出的确是98°/s，真实值和测量值之间受到了比例的影响，可以被描述为下公式：
y=SF(x)+b+v
其中y为传输器输出，x为真实值，SF为比例因子，b为零篇，v为传感器噪声。
非线性度(Nonlinearity) 也叫做比例因子的高次性。比例因子实际上不是常量。它本身还会随着加速度或角速度的变化而变化(一般变化程度很小)，非线性度越小越好。
非正交性(Misalignment) 在理想的情况下，坐标系的轴与轴之间是绝对正交的，但是现实情况下IMU的坐标轴之间却不是完全正交的。这个指标会对剧烈无规则高机动运动产生很大的影响。
加计敏感度(G- Sensitivity) 陀螺仪是感应角速度的器件，但也会受到加速度的影响。这是微机电陀螺仪最常见的现象。
并不是上述所有误差源都会对系统造成很严重的影响，通常每种应用对应着不同的典型工作环境。但是了解哪些误差源对系统的影响大才有可能在系统设计阶段尽量减小误差。一般来讲，零偏，比例因子，非正交性可以通过出厂前校准得到改善。而零偏稳定性，噪声和非线性度对校准后的IMU使用影响比较大。除此之外，温度对系统影响也很大，但是鉴于高性价比的一般中低端IMU受温度影响的特性非常复杂，批量级温度补偿对于中低端工业级IMU来说还是一个挑战。影响IMU性能的主要因素如下图所示：
针对上述误差，我们专门为HI2XX系列定制了校准设备，出厂之前每一颗都经过了严格的校准，校准之后各方面指标如下。
精度指标如下表：
物理尺寸以及电气特性如下表所示：
应用场景
导航
很多应用场景都需要监测位置以及方向，比如无人驾驶汽车、移动机器人、无人船等，HI226最典型的应用就是移动机器人，比如扫地机器人，送餐机器人，大型商用机器人。性能优异的IMU有助于机器人用户降低激光雷达成本，缩短开发时间，下图是某机器人公司利用HI226以及低成本激光雷达做的导航方案效果图。
控制
很多应用场景会用到IMU的原始加速度与角速度数据，缓慢的航向漂移对这种应用不重要，可以接受一些噪声以及误差比如摄像机稳台、云台、关节的动作捕捉、体育训练等，这些领域对于IMU的要求必须是低成本的。HI226低延时与高速率特性可以很好的与这些场合相结合。
总结
MEMS压力传感器在无人机领域有哪些应用？
车辆坐标系是用来描述汽车运动的特殊动坐标系。关于车辆坐标系的拓展信息如下：1.测量方式：其原点与质心重合当车辆在水平路面上处于静止状态X轴平行于地面指向车辆前方Z轴通过汽车质心指向上方Y轴指向驾驶员的左侧。2.具体解释：中文名:车辆坐标系特点:其原点与质心重合。目前学术界和工业界有几种比较常用的车体坐标系定义方式。分别是ISO国际标准定义SAE（Society-of-Automotive-Engineers）汽车工程师协会定义和基于惯性测量单元IMU的坐标定义。在车辆动力学分析中ISO定义的车体坐标系较为常见。SAE定义的车体坐标系与航空航天领域常用的机体坐标系相一致。基于IMU定义的车体坐标系则在IMU的相关应用中较为常见。无论使用哪一种坐标系定义只要使用正确都可以完成对车身位置的描述以及确定周围物体和本车间的相对位置关系。
测绘资质和测绘资格管理有哪些异同?
在无人机的核心“大脑”飞行控制器中，内部传感器（IMU）主要包括加速度计、陀螺仪、磁罗盘与气压传感器等产品。其中，大气压力传感器，可以利用大气压力换算出高度，并通过所收集的数据协助无人机导航，准确估计上升与下降速度等，对无人机飞行控制来说尤为重要。目前，已有北京智芯传感、TE（泰科电子）、TI（德州仪器）、SMI等多家传感器厂商致力于无人机压力传感器的研究。 想了解更多可以百度一下
先看看测绘资质的标准对比的话就可以出来了
一、专业范围及专业子项
1.大地测量
全球导航卫星系统连续运行基准站网位置数据服务是指通过若干全球导航卫星系统连续运行基准站、数据中心及数据通信网络等组成的系统提供位置数据服务的活动。全球导航卫星系统(GNSS)包括北斗卫星导航系统、GPS、GLONASS、GALILEO等。
2.测绘航空摄影
一般航摄包含胶片航空摄影、数码航空摄影、机载激光扫描、机载SAR成像。
3.摄影测量与遥感
从事高分辨率卫星影像处理与提供的单位，应当取得摄影测量与遥感内业专业子项的测绘资质。
4.地理信息系统工程
地面移动测量是指利用集成在地面移动载具上的多种传感器，在移动状态下采集各种实景地理空间信息及数据后处理的活动。
5.工程测量
(1)规划测量包含城乡规划定线测量、城乡用地测量、规划检测测量、日照测量。
(2)变形形变与精密测量包含精密工程测量、变形(沉降)观测、形变测量。
(3)线路与桥隧测量包含线路工程测量、桥梁测量、隧道测量。
6.海洋测绘
(1)在内陆江河湖泊等水域从事海洋测绘活动的单位，应当取得海洋测绘专业范围的相应专业子项。
(2)海洋工程测量包含底质测量、浮泥测量、浅地层剖面测量、水下管线测量、港口与航道工程测量。
7.互联网地图服务
(1)互联网地图服务主要包括地理位置定位、地理信息上传标注、地图数据库开发三项内容。通过无线互联网络调用的地图也属于互联网地图服务范畴。
(2)地理位置定位是指将空间坐标与互联网地图相应位置进行匹配，并进行地图可视化表达的服务。
(3)地理信息上传标注是指允许用户在互联网地图上填写其感兴趣的信息并与他人分享的服务模式。这些信息包括但不限于名称、地址、分类、属性、影像、评论等。
(4)地图数据库开发是指互联网地图服务单位开发互联网地图数据库和有关服务功能，供使用者调用、开发。从功能上包括但不限于地图显示、地图标绘、地图搜索、公交换乘、行车路线、地理编码、逆地理编码等地图服务，从形式上包括但不限于API、Web Service、SDK等各种类型的地图接口调用服务。
二、仪器设备
1.大地测量
(1)天文测量设备:标称精度优于0.5²的天文经纬仪或者全站仪。
(2)基线测量设备:用于基线测量的基线尺，其标称精度应当优于1/100万，24m长度基线尺不少于6根。
2.测绘航空摄影
(1)航摄仪及其他传感器:包括框幅式数字航摄仪(像幅不小于7000×11000)，推扫式数字航摄仪、机载激光扫描仪、机载SAR。
(2)IMU/DGPS系统:IMU是指惯性测量装置，DGPS是指差分GPS设备。
(3)无人飞行器系统:每套含飞行平台2架、飞控系统2套、测控地面站1套、相机2台(像幅不小于5600×3700)。
(4)多镜头多角度倾斜摄影测量系统:具备IMU/DGPS系统，具备5个以上镜头且每个镜头像幅不小于5600×3700。
3.地理信息系统工程
地面移动测量系统:是指将多种传感器集成在车载平台上，沿道路快速精确采集多元地理信息数据，并在内业环境中生产成图的快速多源数据采集和处理系统。GNSS是指接收全球导航卫星系统信号以确定地面空间位置的仪器，INS是指惯性导航系统，LiDAR是指激光雷达，影像获取设备是指立体相机、全景相机等用于地面移动测量的影像采集设备。
三、软件
1.测绘航空摄影
多角度倾斜摄影真三维处理系统:能够处理倾斜航摄获取的多源数据，快速自动生成真三维数据的系统。
2.摄影测量与遥感
(1)全数字摄影测量系统:从影像获取到过程数据处理、成果输出，均采用数字化形式进行的摄影测量系统。
(2)遥感图像处理系统:能够对遥感图像信息进行数字化、复原、几何校正、增强、统计分析、信息提出、分类、识别等图像加工的系统。
3.地理信息系统工程
(1)地理信息处理软件:用于处理和分析地理信息的软件。
(2)地理信息系统平台软件:用于地理信息系统及数据库建设的基础软件，具备地理信息的获取、存储、编辑、处理、分析和显示等功能，并可支持软件定制开发。
4.互联网地图服务
独立地图引擎:部署于服务器上，能够向用户提供地图显示、空间搜索、上传标注、接口调用等服务的软件系统。
测绘资格管理
《测绘资格审查认证管理规定》为部门规章，是国家测绘局为加强测绘管理，做好测绘资格审查工作，依据《中华人民共和国测绘法》，制定的规定，共有32条，自二○○○年九月一日起施行。
所以两者是不同的
以上就是关于2019-12-05全部的内容，如果了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！
