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
和加速度
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。
校園導航系統
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