航向姿態(tài)參考系統與慣性測量單元的聯(lián)系與區別

?

文章開(kāi)頭，我們先看兩個(gè)術(shù)語(yǔ)：航向姿態(tài)參考系統（英文簡(jiǎn)稱(chēng)AHRS）和慣性測量單元（英文簡(jiǎn)稱(chēng)IMU）。今天，小編便要圍繞這兩個(gè)我們不太熟悉的概念，來(lái)為您介紹一下，AHRS和IMU的在利用加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤(pán)等傳感器進(jìn)行慣性測量等方面的聯(lián)系與區別，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(dòng)方面的一些基本知識。

運動(dòng)分析簡(jiǎn)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(dòng)多么復雜，都可以將該運動(dòng)分解為該物體質(zhì)心的曲線(xiàn)運動(dòng)和繞質(zhì)心的旋轉運動(dòng)。該曲線(xiàn)運動(dòng)通?？梢杂眠\動(dòng)初始條件和加速度表示為：

?

而旋轉運動(dòng)的角度可以用角速度和時(shí)間的方程式進(jìn)行表示。在實(shí)際運動(dòng)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角進(jìn)行測量。

?

剛體三維空間運動(dòng)分解 AHRS（Attitude Heading Reference System）全稱(chēng)航向姿態(tài)參考系統，是利用加速度傳感器、陀螺儀以及電子羅盤(pán)對實(shí)際目標各運動(dòng)參數和方位進(jìn)行測量，通過(guò)對測量值加以處理和計算以對目標的位置和運動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監控。 IMU（Inertial Measurement Unit）也稱(chēng)慣性測量單元是利用加速度傳感器和陀螺儀對目標系統加速度和旋轉角速度進(jìn)行測量，以得到目標在慣性參考系下的運動(dòng)和狀態(tài)的裝置。 參考系統區別 從二者的定義上不難看出，AHRS進(jìn)行測量時(shí)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(dòng)狀態(tài)，該參考系可以是房屋、建筑等固定點(diǎn)或者勻速運動(dòng)的系統。從概念上來(lái)說(shuō)，慣性測量單元應用范圍更加廣泛，因為AHRS的參考點(diǎn)地球也是一個(gè)慣性參考系（并不絕對，僅限地球范圍。在太陽(yáng)系內以太陽(yáng)作為慣性參考系）

AHRS與IMU

AHRS（AttitudeHeadingReferenceSystem）全稱(chēng)航向姿態(tài)參考系統，是利用加速度傳感器、陀螺儀以及電子羅盤(pán)對實(shí)際目標各運動(dòng)參數和方位進(jìn)行測量，通過(guò)對測量值加以處理和計算以對目標的位置和運動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監控。

IMU（InertialMeasurementUnit）也稱(chēng)慣性測量單元是利用加速度傳感器和陀螺儀對目標系統加速度和旋轉角速度進(jìn)行測量，以得到目標在慣性參考系下的運動(dòng)和狀態(tài)的裝置。

參考系統區別

從二者的定義上不難看出，AHRS進(jìn)行測量時(shí)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(dòng)狀態(tài)，該參考系可以是房屋、建筑等固定點(diǎn)或者勻速運動(dòng)的系統。從概念上來(lái)說(shuō)，慣性測量單元應用范圍更加廣泛，因為AHRS的參考點(diǎn)地球也是一個(gè)慣性參考系（并不絕對，僅限地球范圍。在太陽(yáng)系內以太陽(yáng)作為慣性參考系）。

?

9軸姿態(tài)檢測模塊PNI SENtral M&M

系統組成區別

盡管AHRS和IMU的測量元件基本上相同，但由于A(yíng)HRS的參考系統不同，AHRS相比IMU要多出個(gè)電子羅盤(pán)。在A(yíng)HRS進(jìn)行運動(dòng)軌跡和狀態(tài)監測時(shí)，由于陀螺儀時(shí)漂的問(wèn)題，在對運動(dòng)過(guò)程中的旋轉角度進(jìn)行積分時(shí)，會(huì )隨著(zhù)時(shí)間推移而誤差越來(lái)越大，因此，需要電子羅盤(pán)及時(shí)對運動(dòng)的地理方位角度進(jìn)行校準。

測量準確性

由于A(yíng)HRS選擇地球作為參考系，并通過(guò)電子羅盤(pán)測量電磁場(chǎng)進(jìn)行位置的校準，相比而言，不包含電子羅盤(pán)的慣性測量單元精度往往要更高。通過(guò)電子羅盤(pán)對地理方位角進(jìn)行校準，固然可以在一定程度上提高準確性，然而羅盤(pán)自身誤差以及測量時(shí)漂和復雜磁場(chǎng)等因素的存在，同樣會(huì )導致測量的準確性下降。此外由于IMU參考系統的不確定性，通常其采用精確度和穩定性更好的陀螺儀，以保證旋轉角測量的準確性，當然相比而言，一般IMU的成本更高。

?

?

AHRS通常用在航空飛行測量、地面機動(dòng)車(chē)輛遙控、無(wú)人飛行器跟蹤等領(lǐng)域中

應用范圍

由于A(yíng)HRS對參照系的選擇，使得其應用領(lǐng)域不如IMU應用廣泛。AHRS通?？衫秒娮恿_盤(pán)等傳感器，用在航空飛行測量、地面機動(dòng)車(chē)輛遙控、無(wú)人飛行器跟蹤等領(lǐng)域中。由于IMU的參考系靈活變動(dòng)性，慣性測量通?？捎糜谑覂溶壽E推算、盲區導航、體感游戲、航天測算以及軍事慣性制導等方面。

?研發(fā)銷(xiāo)售6軸、9軸電子羅盤(pán)（陀螺儀|加速計|磁力計）、傾角傳感器、姿態(tài)傳感器，慣導、數據采集盒、IoT遠程智慧監測等

產(chǎn)品廣泛應用于:無(wú)人機、無(wú)人船、巡檢/引導/送餐/水下機器人、AGV、云臺裝置、望遠鏡、Qiang支瞄準鏡、雷達定位、聚光太陽(yáng)能、工礦/隧道無(wú)人設備等!

核心研發(fā)人員十年技術(shù)積累，專(zhuān)業(yè)研發(fā)團隊，軍工級品質(zhì)，替代進(jìn)口。