IMU、AHRS 和 INS 之間的區(qū)別

文章出處：新聞資訊責(zé)任編輯：深圳市廣陵達(dá)科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2024-11-05 14:26:18

當(dāng)客戶訪問我們的網(wǎng)站或?yàn)樗麄兊漠a(chǎn)品購買傳感器（慣性傳感器）時(shí)，他們通常會(huì)想到 INS，僅此而已。他們剛剛聽到INS。事實(shí)并非如此。也許他們實(shí)際上需要一個(gè) IMU，這實(shí)際上非常簡單。他們正在考慮一個(gè)完全不同的價(jià)格點(diǎn)。了解 IMU、AHRS 和 INS 之間的差異將有助于為您的特定應(yīng)用選擇正確的產(chǎn)品。

人們對 INS 的最大誤解是它只是一個(gè) GPS。這不是 GPS。它有一個(gè)卡爾曼濾波器，它有一個(gè)內(nèi)置于設(shè)備中的傳感器融合。它為您提供更準(zhǔn)確的輸出。總的來說，這是一個(gè)非常高質(zhì)量的設(shè)備。因此，INS 將包括一個(gè)卡爾曼濾波器，該濾波器將包括傳感器本身如何將所有單獨(dú)的部件融合為一個(gè)部件，并為您提供包含所有部件的導(dǎo)航輸出。這還包括陀螺儀、磁力計(jì)和加速度計(jì)。并且在INS解決方案中，還包括GPS。因此，它將獲取這些東西并為您提供導(dǎo)航輸出，然后您的機(jī)器人可以使用該輸出來了解它在世界上的位置。

什么是 IMU？

當(dāng)您想要實(shí)現(xiàn) IMU 時(shí)，重要的是要認(rèn)識(shí)到它只是磁力計(jì)、加速度計(jì)和陀螺儀。有時(shí)該包裝中不包含磁力計(jì)。這只是那些小設(shè)備最終吐出的隨機(jī)數(shù)。而且它不會(huì)有任何智能。它只會(huì)產(chǎn)生數(shù)字。這實(shí)際上對于在相機(jī)、固定相機(jī)中使用非常有益，您所關(guān)心的只是知道它是指向地面還是指向天花板。這是非常基本的，沒有太多內(nèi)容。但同樣，沒有任何立場或其他任何東西。

3DM-CX5-IMU 慣性測量單元

很多人在為特定應(yīng)用尋找解決方案時(shí)，都會(huì)從 INS 級別開始，其中包括磁力計(jì)、陀螺儀和加速度計(jì)。但它還包括一個(gè) GPS，它將把所有這些傳感器融合在一起，為您提供強(qiáng)大的導(dǎo)航輸出，您的系統(tǒng)實(shí)際上可以使用它來環(huán)游世界，并確切地知道它在哪里。

所以IMU實(shí)際上代表慣性測量單元。僅此而已。這只是一個(gè)簡單的基本單元。

AHRS 有什么好處？

下一步是 AHRS，它代表姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，實(shí)際上包括 GPS。雖然它實(shí)際上并不包含卡爾曼濾波器，但它確實(shí)為您提供了 IMU 的所有優(yōu)勢以及 GPS 位置。

3DM-CV5-AHRS 姿態(tài)參考傳感器

AHRS 裝置非常適合那些已經(jīng)設(shè)計(jì)或已經(jīng)集成過濾器的人們，他們只是希望將更多傳感器數(shù)據(jù)注入其中。

INS 適合我嗎？

AHRS 的下一步是 INS，每個(gè)人都熟悉術(shù)語 INS。那個(gè)，它代表慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。顧名思義，它是一個(gè)智能系統(tǒng)。它將采用所有這些傳感器，將它們?nèi)诤铣梢粋€(gè)輸出，您的系統(tǒng)無需再做任何事情。它僅根據(jù)該輸出就可以準(zhǔn)確地知道自己在世界上的位置。您不需要將其發(fā)送到其他任何地方。

INS 具有所謂的卡爾曼濾波器，它融合在設(shè)備中使用的各種傳感器中。卡爾曼濾波器實(shí)際上是一個(gè)軟件包。大部分時(shí)間傳感器輸出被饋入。然后卡爾曼濾波器為您提供融合輸出，機(jī)器人的其余部分實(shí)際上可以在其上運(yùn)行。 INS 獨(dú)有的一些額外功能是能夠使用 RTK。 RTK（實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)）是一個(gè)從基站獲取 GPS 位置并將修正結(jié)果輸出到流動(dòng)站（通常是四處移動(dòng)的機(jī)器人）的過程。通過組合兩個(gè) GPS 系統(tǒng)，您可以獲得厘米級的精度。而且這只是，你只能用 INS 系統(tǒng)來做到這一點(diǎn)。

3DM-CV7-INS 嵌入式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

另一個(gè)只能與 INS 一起使用的功能實(shí)際上是羅盤。這是一項(xiàng)較新的技術(shù)，但它仍然只能在 INS 解決方案中使用。這就是您使用 GPS 1 并添加 GPS 2 的地方。一臺(tái)設(shè)備有兩個(gè) GPS。但根據(jù)這兩個(gè) GPS 位置之間的距離，您可以推導(dǎo)出兩者之間的航向。這為您的常規(guī)導(dǎo)航系統(tǒng)提供了非常準(zhǔn)確的航向尺寸。

指南針的重要性

羅盤之所以對 INS 解決方案有如此巨大的改進(jìn)，是因?yàn)槟軌颢@得比磁力計(jì)低得多的精度。磁力計(jì)基于地球磁場，無論你指向北方，它都是一個(gè)指南針。但當(dāng)您使用 GPS 時(shí)，它并不關(guān)心北方的實(shí)際位置。因?yàn)樗冀K能夠根據(jù)這兩個(gè) GPS 得出您的航向。而且它不會(huì)受到一塊金屬經(jīng)過它的影響，也不會(huì)受到你的手機(jī)的影響。只要您有 GPS 位置，它就始終有效。

因此，每個(gè)人真正想要的最終解決方案之一是，我可以獲得出色的羅盤航向，我也可以通過 RTK 獲得位置精度嗎？答案是肯定的。您實(shí)際上可以將它們放在一起。你最終只是將兩者合并了。您將擁有基站，然后您將擁有具有兩個(gè) GPS 的流動(dòng)站。它的工作原理與 RTK 完全相同。您將基礎(chǔ)位置信息發(fā)送到流動(dòng)站，然后它進(jìn)行位置修復(fù)，然后它還可以從兩個(gè) GPS 位置獲取航向信息，真正為您的應(yīng)用提供精確的航向和位置解決方案。實(shí)際上，羅盤的工作原理與 RTK 類似。它實(shí)際上運(yùn)行與 RTK 解決方案完全相同的庫。但它使用該信息作為本地基地而不是遠(yuǎn)程基地。在 RTK 系統(tǒng)中，您在其他地方有一個(gè)基站，現(xiàn)在您有一個(gè)由羅盤組成的移動(dòng)基站。正是這兩個(gè)基本位置在 RTK 解決方案中協(xié)同工作，才真正為您提供羅盤航向。

使用 RTK 基準(zhǔn)的價(jià)值在于，如果您基于該基準(zhǔn)進(jìn)行任何類型的三角測量，您就可以獲得該位置。三角測量作用于三個(gè)點(diǎn)。在這種情況下，您有一個(gè) RTK 基地，您有一顆衛(wèi)星，然后您還有您的流動(dòng)站。根據(jù)您隨后繪制的三角形的尺寸，我們實(shí)際上能夠獲得精確到厘米級的 RTK 位置。

帶羅盤的 INS 仍然受到基本 GPS 位置的影響。一般來說，GPS 的精度很難達(dá)到一米以上。指南針仍將受到影響。雖然我們能夠得出流動(dòng)站上兩個(gè) GPS 位置的準(zhǔn)確航向，但我們無法從這兩個(gè)位置中得出更準(zhǔn)確的物理位置信息。您可以對它們進(jìn)行平均，但這不會(huì)給您帶來更高的準(zhǔn)確性。