Question

浅谈惯性导航系统

Answer 1

姓名：魏子涵

学号：17020110045

转自：https://blog.csdn.net/HYD696/article/details/109276353

【嵌牛正文】

       惯性导航系统（INS，以下简称惯导）基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

  惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。

  陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。陀螺仪加速度计MPU6050

陀螺仪

  陀螺仪，测量角速度，具有高动态特性，它是一个间接测量角度的器件。它测量的是角度的导数，即角速度，要将角速度对时间积分才能得到角度。

影响陀螺仪精度因素有如下几个：

1.零点漂移 / 零偏 / bias

  假设陀螺仪固定不动，理想角速度值是0dps(degree per second)，但是存在零点漂移，例如有一个偏置0.1dps加在上面，于是测量出来是0.1dps，积分一秒之后，得到的角度是0.1度，1分钟之后是6度，还能忍受，一小时之后是360度，转了一圈，也就是说，陀螺仪在短时间内有很大的参考价值。

  最简单的零偏标定方法是将陀螺仪静止，0输入下多采几组输出取平均值作为零偏（bias），之后将采到的值减去这个零偏。

2.白噪声

  电信号的测量中，一定会带有白噪声，陀螺仪数据的测量也不例外。所以获得的陀螺仪数据中也会带有白噪声，而且这种白噪声会随着积分而累加。

  随机噪声不好去除，可以通过算法做一些和白噪声差不多的模型来消除。

3.温度/加速度影响

  陀螺仪是一个温度和加速度敏感的元器件。例如对于加速度，多轴飞行器中的马达一般会带来较强烈的振动，一旦减震控制不好，就会在飞行过程中产生很大的加速度，必会带来陀螺输出的变化，引入误差。这就是在陀螺仪数据手册上常见的deg/sec/g指标。

4.积分误差

  对陀螺仪角速度的积分是离散的，长时间的积分会出现漂移的情况。所以要考虑积分误差的问题。

这是由于陀螺仪测量姿态存在这么多的误差，所以我们必须要使用其它传感器辅助校正，其中最重要的就是下面的加速度传感器。

5.加速度计

  加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。

  加速度本身难以直接测量，因此通过测量敏感质量块上形成的惯性力，间接测量载体受到的加速度。在惯性空间，加速度计无法区分惯性力和万有引力。因此加速度计的输出反映的是单位检测质量所受的惯性空间的合力，即惯性力与万有引力的矢量和，一般加速传感器厂商都会提供消去重力加速度的算法，另外，加速度计也有漂移，不过相对陀螺仪要稍微好一些。