慣性導航系統

2021-10-01 06:57:41 字數 1441 閱讀 3940

慣性導航系統(ins,以下簡稱慣導)基本工作原理是以牛頓力學定律為基礎,通過測量載體在慣性參考係的加速度,將它對時間進行積分,且把它變換到導航座標系中,就能夠得到在導航座標系中的速度、偏航角和位置等資訊。

慣性導航系統是以陀螺加速度計為敏感器件的導航引數解算系統,該系統根據陀螺的輸出建立導航座標系,根據加速度計輸出解算出運載體在導航座標系中的速度和位置。

陀螺儀用來形成乙個導航座標系,使加速度計的測量軸穩定在該座標系中,並給出航向和姿態角;加速度計用來測量運動體的加速度,經過對時間的一次積分得到速度,速度再經過對時間的一次積分即可得到位移。陀螺儀加速度計mpu6050

陀螺儀

陀螺儀,測量角速度,具有高動態特性,它是乙個間接測量角度的器件。它測量的是角度的導數,即角速度,要將角速度對時間積分才能得到角度。

影響陀螺儀精度因素:

假設陀螺儀固定不動,理想角速度值是0dps(degree per second),但是存在零點漂移,例如有乙個偏置0.1dps加在上面,於是測量出來是0.1dps,積分一秒之後,得到的角度是0.1度,1分鐘之後是6度,還能忍受,一小時之後是360度,轉了一圈,也就是說,陀螺儀在短時間內有很大的參考價值。

最簡單的零偏標定方法是將陀螺儀靜止,0輸入下多採幾組輸出取平均值作為零偏(bias),之後將採到的值減去這個零偏。

電訊號的測量中,一定會帶有白雜訊,陀螺儀資料的測量也不例外。所以獲得的陀螺儀資料中也會帶有白雜訊,而且這種白雜訊會隨著積分而累加。

隨機雜訊不好去除,可以通過演算法做一些和白雜訊差不多的模型來消除。

陀螺儀是乙個溫度和加速度敏感的元器件。例如對於加速度,多軸飛行器中的馬達一般會帶來較強烈的振動,一旦減震控制不好,就會在飛行過程中產生很大的加速度,必會帶來陀螺輸出的變化,引入誤差。這就是在陀螺儀資料手冊上常見的deg/sec/g指標。

對陀螺儀角速度的積分是離散的,長時間的積分會出現漂移的情況。所以要考慮積分誤差的問題。

這是由於陀螺儀測量姿態存在這麼多的誤差,所以我們必須要使用其它感測器輔助校正,其中最重要的就是下面的加速度感測器。

加速度計

加速度計的低頻特性好,可以測量低速的靜態加速度。在我們的飛行器上,就是對重力加速度g(也就是前面說的靜態加速度)的測量和分析,其它瞬間加速度可以忽略。記住這一點對姿態解算融合理解非常重要。

加速度本身難以直接測量,因此通過測量敏感質量塊上形成的慣性力,間接測量載體受到的加速度。在慣性空間,加速度計無法區分慣性力和萬有引力。因此加速度計的輸出反映的是單位檢測質量所受的慣性空間的合力,即慣性力與萬有引力的向量和一般加速感測器廠商都會提供消去重力加速度的演算法,另外,加速度計也有漂移,不過相對陀螺儀要稍微好一些。

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