姿態(tài)傳感器和IMU的聯(lián)系和區(qū)別

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文章開頭，我們先看兩個術(shù)語：航向姿態(tài)參考系統(tǒng)（英文簡稱AHRS）和慣性測量單元（英文簡稱IMU）。今天，要圍繞這兩個我們不太熟悉的概念，來為您介紹一下，AHRS和IMU的在利用加速度傳感器、陀螺儀、磁力計等傳感器進行慣性測量等方面的聯(lián)系與區(qū)別，以及它們各自的適用領(lǐng)域。

在這之前，我們還需要先了解一下有關(guān)運動方面的一些基本知識。

運動分析簡介

我們知道，在三維空間中若將物體視為剛體（不考慮形變），不管其運動多么復(fù)雜，都可以將該運動分解為該物體質(zhì)心的曲線運動和繞質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)運動。該曲線運動通?？梢杂眠\動初始條件和加速度表示為：

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而旋轉(zhuǎn)運動的角度可以用角速度和時間的方程式進行表示。在實際運動測量跟蹤中，通常是使用加速度計和陀螺儀對物體的加速度和旋轉(zhuǎn)角進行測量。

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剛體三維運動解析

AHRS與IMU

AHRS（AttitudeHeadingReferenceSystem）全稱航向姿態(tài)參考系統(tǒng)，是利用加速度傳感器、陀螺儀以及電子羅盤對實際目標(biāo)各運動參數(shù)和方位進行測量，通過對測量值加以處理和計算以對目標(biāo)的位置和運動狀態(tài)進行實時跟蹤監(jiān)控。

IMU（InertialMeasurementUnit）也稱慣性測量單元是利用加速度傳感器和陀螺儀對目標(biāo)系統(tǒng)加速度和旋轉(zhuǎn)角速度進行測量，以得到目標(biāo)在慣性參考系下的運動和狀態(tài)的裝置。

參考系統(tǒng)區(qū)別

從二者的定義上不難看出，AHRS進行測量時所選擇的參考系是地球自身，其測量對象的位置也是具體的地理位置。而IMU慣性測量單元則不同，其測量的是相對特定慣性參考系下的位置和運動狀態(tài)，該參考系可以是房屋、建筑等固定點或者勻速運動的系統(tǒng)。從概念上來說，慣性測量單元應(yīng)用范圍更加廣泛，因為AHRS的參考點地球也是一個慣性參考系（并不絕對，僅限地球范圍。在太陽系內(nèi)以太陽作為慣性參考系）。

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9軸姿態(tài)檢測模塊

系統(tǒng)組成區(qū)別

盡管AHRS和IMU的測量元件基本上相同，但由于AHRS的參考系統(tǒng)不同，AHRS相比IMU要多出個磁力計。在AHRS進行運動軌跡和狀態(tài)監(jiān)測時，由于陀螺儀時漂的問題，在對運動過程中的旋轉(zhuǎn)角度進行積分時，會隨著時間推移而誤差越來越大，因此，需要磁力計及時對運動的地理方位角度進行校準(zhǔn)。

測量準(zhǔn)確性

由于AHRS選擇地球作為參考系，并通過磁力計測量電磁場進行位置的校準(zhǔn)，相比而言，不包含磁力計的慣性測量單元精度往往要更高。通過磁力計對地理方位角進行校準(zhǔn)，固然可以在一定程度上提高準(zhǔn)確性，然而磁力計自身誤差以及測量時漂和復(fù)雜磁場等因素的存在，同樣會導(dǎo)致測量的準(zhǔn)確性下降。此外由于IMU參考系統(tǒng)的不確定性，通常其采用精確度和穩(wěn)定性更好的陀螺儀，以保證旋轉(zhuǎn)角測量的準(zhǔn)確性，當(dāng)然相比而言，一般IMU的成本更高。

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AHRS通常用在航空飛行測量、地面機動車輛遙控、無人飛行器跟蹤等領(lǐng)域中

應(yīng)用范圍

由于AHRS對參照系的選擇，使得其應(yīng)用領(lǐng)域不如IMU應(yīng)用廣泛。AHRS通?？衫么帕τ嫷葌鞲衅鳎迷诤娇诊w行測量、地面機動車輛遙控、無人飛行器跟蹤等領(lǐng)域中。由于IMU的參考系靈活變動性，慣性測量通常可用于室內(nèi)軌跡推算、盲區(qū)導(dǎo)航、體感游戲、航天測算以及軍事慣性制導(dǎo)等方面。

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