加速度計(jì)和陀螺儀區(qū)別

　　現(xiàn)代移動及車載終端包含越來越多的傳感器，陀螺儀、加速計(jì)、磁力計(jì)、感光器等等，從原理上講，這些傳感器的本質(zhì)都是相同的，都是把外部環(huán)境變化轉(zhuǎn)化為通信系統(tǒng)可理解的電信號的過程。像溫度計(jì)、光感器等傳感器，因?yàn)楣δ軉我环浅Ｈ菀桌斫?，而陀螺儀、加速計(jì)和磁力計(jì)則因?yàn)樵砑敖Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致實(shí)際功能出現(xiàn)重疊，但又各有特點(diǎn)和局限性，在實(shí)際應(yīng)用中很容易對其應(yīng)用邊界產(chǎn)生混淆

　　一、陀螺儀

　　陀螺儀（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有個陀螺，如下圖所示（三軸陀螺），三軸陀螺儀的工作原理是通過測量三維坐標(biāo)系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設(shè)備之間的夾角，并計(jì)算角速度，通過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運(yùn)動狀態(tài)。三軸陀螺儀可以同時測定上、下、左、右、前、后等6個方向（合成方向同樣可分解為三軸坐標(biāo)），最終可判斷出設(shè)備的移動軌跡和加速度。

　　也就是說陀螺儀通過測量自身的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，判斷出設(shè)備當(dāng)前運(yùn)動狀態(tài)，是向前、向后、向上、向下、向左還是向右呢，是加速（角速度）還是減速（角速度）呢，都可以實(shí)現(xiàn)，但是要判斷出設(shè)備的方位（東西南北），陀螺儀就沒有辦法。

　　傳統(tǒng)的陀螺儀屬于機(jī)械式的，隨技術(shù)發(fā)展，還有出現(xiàn)了振動式陀螺儀、激光陀螺儀、微機(jī)電機(jī)械陀螺儀等，無論是在體積微型化、測量精度和易用性上都有大大提高。

　　二、加速計(jì)

　　加速計(jì)（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感應(yīng)器，實(shí)際上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度則只是地表垂直方向加速度），加速計(jì)通過測量組件在某個軸向的受力情況來得到結(jié)果，表現(xiàn)形式為軸向的加速度大小和方向（XYZ），這一點(diǎn)又有點(diǎn)類似于陀螺儀，但陀螺儀的更多關(guān)注自身旋轉(zhuǎn)情況（原位運(yùn)動），加速計(jì)則主要是測量設(shè)備的受力情況，也就是三軸運(yùn)動情況，盡管加速計(jì)也可能在某個小范圍換算出角速度的可能，但設(shè)計(jì)原理決定似乎更適合于空間運(yùn)動判斷。

? ? ? ?三、加速度計(jì)和陀螺儀區(qū)別

　　兩者看起來很接近，不過加速度計(jì)只能偵測物體的移動行為，并不具備精確偵測物體角度改變的能力，陀螺儀可以偵測物體水平改變的狀態(tài)，但無法計(jì)算物體移動的激烈程度。

　　用簡單的例子就是eeeStick（Wii：對不起我沒有陀螺儀），例如玩平衡木游戲，當(dāng)游戲桿向前傾斜時，陀螺儀用來計(jì)算游戲桿傾斜的角度，三軸加速度計(jì)可以偵測游戲桿晃動的劇烈程度以及游戲桿是否持續(xù)朝斜下方。

　　加速度計(jì)用于測量加速度。借助一個三軸加速度計(jì)可以測得一個固定平臺相對地球表面的運(yùn)動方向，但是一旦平臺運(yùn)動起來，情況就會變得復(fù)雜的多。如果平臺做自由落體，加速度計(jì)測得的加速度值為零。如果平臺朝某個方向做加速度運(yùn)動，各個軸向加速度值會含有重力產(chǎn)生的加速度值，使得無法獲得真正的加速度值。例如，安裝在60度橫滾角飛機(jī)上的三軸加速度計(jì)會測得2G的垂直加速度值，而事實(shí)上飛機(jī)相對地區(qū)表面是60度的傾角。因此，單獨(dú)使用加速度計(jì)無法使飛機(jī)保持一個固定的航向。

　　陀螺儀測量機(jī)體圍繞某個軸向的旋轉(zhuǎn)角速率值。使用陀螺儀測量飛機(jī)機(jī)體軸向的旋轉(zhuǎn)角速率時，如果飛機(jī)在旋轉(zhuǎn)，測得的值為非零值，飛機(jī)不旋轉(zhuǎn)時，測量的值為零。因此，在60度橫滾角的飛機(jī)上的陀螺儀測得的橫滾角速率值為零，同樣在飛機(jī)做水平直線飛行時，角速率值為零?？梢酝ㄟ^角速率值的時間積分來估計(jì)當(dāng)前的橫滾角度，前提是沒有誤差的累積。陀螺儀測量的值會隨時間漂移，經(jīng)過幾分鐘甚至幾秒鐘定會累積出額外的誤差來，而最終會導(dǎo)致對飛機(jī)當(dāng)前相對水平面橫滾角度完全錯誤的認(rèn)知。因此，單獨(dú)使用陀螺儀也無法保持飛機(jī)的特定航向。

　　一言以蔽之，加速度計(jì)在較長時間的測量值（確定飛機(jī)航向）是正確的，而在較短時間內(nèi)由于信號噪聲的存在，而有誤差。陀螺儀在較短時間內(nèi)則比較準(zhǔn)確而較長時間則會有與漂移而存有誤差。因此，需要兩者（相互調(diào)整）來確保航向的正確。

　　即使使用了兩者，也只可以用于測得飛機(jī)的俯仰和橫滾角度。對于偏航角度，由于偏航角和重力方向正交，無法用加速度計(jì)測量得到，因此還需要采用其他設(shè)備來校準(zhǔn)測量偏航角度的陀螺儀的漂移值。校準(zhǔn)的設(shè)備可以使用磁羅盤計(jì)（電子磁羅盤，對磁場變化和慣性力敏感）或者GPS。

　　GPS數(shù)據(jù)更新較慢（1Hz到10Hz），并且短時間內(nèi)存在誤差?？梢灾挥肎PS就可在地磁平穩(wěn)的時間內(nèi)，在地面跟蹤較為穩(wěn)定和慢速的飛行器。

　　慣性導(dǎo)航單元（IMU）組合（融合）來自兩個或以上的傳感器（例如陀螺儀、加速度計(jì)、磁場計(jì)和/或GPS）信息用于飛機(jī)相對地球的航向矢量和速度矢量。這種融合算法相當(dāng)復(fù)雜，同時還需要對這些電子器件固有的測量噪聲進(jìn)行特殊濾波，因此市場上具有還算過得去的參數(shù)，“廉價”的IMU的價格也要 1000至5000美元。