陀螺儀和加速度計是IMU的主要部件，其精度直接影響慣性系統的精度。在實際工作中，由于各種不可避免的干擾因素，陀螺儀和加速度計會產生誤差。從初始對準開始，其導航誤差隨著時間的推移而增大，尤其是位置誤差，這是慣性導航系統的主要缺點。因此，有必要利用外部信息實現組合導航，從而有效減少誤差隨時間積累的問題。為了提高可靠性，每個軸可以配備更多的傳感器。一般來說，IMU應安裝在被測物體的重心上。

一般來說，一個IMU包括三個單軸加速度計和三個單軸陀螺儀。加速度計檢測物體在載體坐標系中獨立三軸的加速度信號，陀螺儀檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此計算物體的姿態。它在航海中具有重要的應用價值。

IMU主要用于需要運動控制的設備，如汽車和機器人。它也用于需要精確的姿態位移估計的場合，如潛艇、飛機、導彈和航天器的慣性導航設備。

高精度穩定控制MEMS IMU

總結

采用三軸地磁解耦和三軸加速度計，受外力加速度影響較大。在運動/振動環境下，輸出方向角誤差較大。這種磁場傳感器有缺點。它的絕對參考點是地磁場的磁力線。地磁的特點是用途廣泛，但強度較低，約為高斯的十分之一，很容易受到其他磁體的干擾。如果結合z軸陀螺儀的瞬時角度，可以使系統數據更加穩定。加速度是按重力方向測量的。在沒有外力加速度的情況下，能準確輸出滾/俯仰兩軸姿態角，且該角度不會有累積誤差，在較長的時間尺度下是準確的。但是，加速度傳感器在測量角度方面的缺點是，加速度傳感器實際上是采用MEMS技術來檢測慣性力引起的微小變形，而慣性力在本質上與重力相同，因此加速度傳感器不會區分重力加速度和外力加速度。當系統在三維空間中變速時，其輸出是不正確的。

陀螺儀的輸出角速度是一個瞬時量，不能直接用于姿態平衡。計算角度需要角速度和時間積分。將得到的角度變化量與初始角度相加，得到目標角度。積分時間DT越小，輸出角度越精確。但是陀螺儀的工作原理決定了它的測量基準是自身，在系統之外沒有絕對的參考。另外，DT不能無限小，所以積分的累積誤差會隨著時間的推移迅速增大，導致輸出角度與實際不一致，所以陀螺儀只能在較短的時間尺度內工作。

因此，在沒有其他參考的基礎上，為了獲得更真實的姿態角，我們應該利用加權算法揚長避短，結合兩者的優點，摒棄各自的缺點，設計一種算法，在短時間尺度上增加陀螺儀的權重，在較長時間尺度上增加速度權重，使系統輸出角度接近真實值。

IMU工作原理

IMU是一種捷聯慣性導航系統。該系統由三個加速度傳感器和三個角速度傳感器(陀螺儀)組成。加速度計用于感知飛行器相對于地面垂直線的加速度分量，速度傳感器用于感知飛行器的角度信息。該子器件主要由兩個a/d轉換器ad7716b和64K e/eprom存儲器X25650組成。a/d轉換器利用IMU各傳感器的模擬變量，將其轉換為數字信息，經CPU計算后輸出飛機俯仰角、傾斜角和側滑角。e/eprom存儲器主要存儲各IMU傳感器的線性曲線圖和各IMU傳感器的零件號和序列號。當零件剛啟動時，圖像處理單元讀取e/eprom中的線性曲線參數，為后續角度計算提供初始信息。艾瑞科提供FOG IMU和MEMS IMU解決方案，如果您感興趣，請隨時與我們聯系。

審核編輯：湯梓紅