慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）是用來測量慣性物理量的設(shè)備，比如測量加速度的加速度計、測量角速度的陀螺儀等。利用加速度、角速度、磁力和氣壓信息，通過物理學(xué)的基本知識就能計算出傳感器的運(yùn)動狀態(tài)。由于IMU具有非常高的測量頻率，而相機(jī)、輪式里程計等測量頻率較低，因此往往將IMU與相機(jī)或輪式里程計做融合會得到更好的測量效果。
一般的，一個IMU包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺，并安裝在三個正交敏感軸上。加速度計檢測物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨(dú)立三軸的加速度信號，陀螺儀檢測載體相對于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。
航空航天、空中機(jī)器人、無人駕駛汽車、機(jī)器人、智能穿戴等領(lǐng)域廣泛使用IMU進(jìn)行運(yùn)動測量和狀態(tài)估計，一般從IMU設(shè)備采集到的原始數(shù)據(jù)都存在較大的誤差，所以需要對測量到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定和濾波。經(jīng)過標(biāo)定和濾波之后的數(shù)據(jù)，就可以用來進(jìn)行姿態(tài)融合，求出傳感器的運(yùn)動狀態(tài)，也就是在空間中的姿態(tài)角。
測量單元
（英文：Inertial measurement unit，簡稱 IMU）是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。
為了提高可靠性，還可以為每個軸配備更多的傳感器。一般而言IMU要安裝在被測物體的重心上。
IMU大多用在需要進(jìn)行運(yùn)動控制的設(shè)備，如汽車和機(jī)器人上。也被用在需要用姿態(tài)進(jìn)行精密位移推算的場合，如潛艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈和航天器的慣性導(dǎo)航設(shè)備等。
背景技術(shù)
利用三軸地磁計結(jié)合三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運(yùn)動/振動等環(huán)境中，輸出方向角誤差較大，此外地磁傳感器有缺點(diǎn)，它的絕對參照物是地磁場的磁力線，地磁的特點(diǎn)是使用范圍大，但強(qiáng)度較低，約零點(diǎn)幾高斯，非常容易受到其它磁體的干擾，如果融合了Z軸陀螺儀的瞬時角度，就可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。加速度測量的是重力方向，在無外力加速度的情況下，能準(zhǔn)確輸出軋輥/PITCH兩軸姿態(tài)角度 并且此角度不會有累積誤差，在更長的時間尺度內(nèi)都是準(zhǔn)確的。但是加速度傳感器測角度的缺點(diǎn)是加速度傳感器實(shí)際上是用MEMS技術(shù)檢測慣性力造成的微小形變，而慣性力與重力本質(zhì)是一樣的，所以加速度計就不會區(qū)分重力加速度與外力加速度，當(dāng)系統(tǒng)在三維空間做變速運(yùn)動時，它的輸出就不正確了。
陀螺儀輸出角速度，是瞬時量，角速度在姿態(tài)平衡上是不能直接使用，需要角速度與時間積分計算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標(biāo)角度，其中積分時間Dt越小，輸出角度越精確，但陀螺儀的原理決定了它的測量基準(zhǔn)是自身，并沒有系統(tǒng)外的絕對參照物，加上Dt是不可能無限小，所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加，最終導(dǎo)致輸出角度與實(shí)際不符，所以陀螺儀只能工作在相對較短的時間尺度內(nèi)。
工作原理
慣性測量裝置IMU屬于捷聯(lián)式慣導(dǎo)，該系統(tǒng)有三個加速度傳感器與三個角速度傳感器（陀螺）組成，加速度計用來感受飛機(jī)相對于地垂線的加速度分量，角速度傳感器用來感受飛機(jī)的角度信息，該子部件主要有兩個A/D轉(zhuǎn)換器AD7716BS與64K的E/EPROM存儲器X25650構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換器采用IMU各傳感器的模擬變量，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息后經(jīng)過CPU計算后最后輸出飛機(jī)俯仰角度、傾斜角度與側(cè)滑角度，E/EPROM存儲器主要存儲了IMU各傳感器的線性曲線圖與IMU各傳感器的件號與序號，部品在剛開機(jī)時，圖像處理單元讀取E/EPROM內(nèi)的線性曲線參數(shù)為后續(xù)角度計算提供初始信息。IMU的具體實(shí)物見圖。
參考資料 >