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        歐美大地儀器設備中國有限公司

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        產品資訊2021-06-08

        詳解一下技術水平先進性的重要標志IMU-慣性姿態傳感器

        IMU

        慣性測量單元

        慣性測量單元Inertial measurement unit,簡稱 IMU,是測量物體三軸姿態角(或角速率)以及加速度的裝置。

        目前來說,市面上存在的IMU以6軸與9軸為主。6軸IMU包含一個三軸加速度計,一個三軸陀螺儀;9軸IMU則多了一個三軸的磁力計。另外,對于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,中文稱微機電系統)技術的IMU,一般還內置有溫度計進行實時的溫度校準。無論是6軸或9軸IMU,都可以實時的輸出三維的加速度信號與加速度信號,以此解算出物體的當前姿態。這在在平臺穩定與導航中有著重要的應用價值。

        慣性傳感器,MEMS慣性傳感器,工業級慣性傳感器,無人機慣性傳感器

        IMU大多用在需要進行運動控制的設備,如汽車和機器人上。也被用在需要用姿態進行精密位移推算的場合,如潛艇、飛機、導彈和航天器的慣性導航設備等。

         

        IMU的原理

        當我們晚上回到家,發現家里停電時,眼睛在黑暗中什么都看不見的情況下,只能根據自己的經驗,極為謹慎地走小碎步,并不斷用手摸周圍的東西(比如冰箱),用以確定自己所在的位置。

        IMU的原理和黑暗中走小碎步很相似。


        在黑暗中,由于自己對步長的估計和實際走的距離存在誤差,走的步數越來越多時,自己估計的位置與實際的位置相差會越來越遠。就像下圖所示。

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        走第一步時,估計位置(黑人所在位置)與實際位置(白人所在位置)還比較接近;但隨著步數增多,估計位置與實際位置的差別越來越大。

        圖中的小人只朝一個方向移動,是一維的。根據此方法推廣到三維,就是慣性測量單元的原理。

        學術上的語言是:以牛頓力學定律為基礎,通過測量載體在慣性參考系的加速度,將它對時間進行積分,且把它變換到導航坐標系中,就能夠得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息。

         

        慣性導航技術

        與其他導航系統相比, 慣導系統同時具有信息全面、 完全自主、 高度隱蔽、 信息實時與連續, 且不受時間、 地域的限制和人為因素干擾等重要特性 (見表 ), 可在空中、 水中、 地下等各種環境中正常工作。

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        慣性傳感器

        慣性傳感器的發展情況直接決定了慣性導航系統的開發和應用,慣性傳感器自身的成本、體積和功耗影響了慣性導航系統的相應參數指標。


        慣性測量傳感器的發展需要權衡以下幾個因素:

        精確性、連續性、可靠性、成本、體積/重量、功耗。

        因此,在慣性器件研究方面,體積小、價格低廉的MEMS慣性傳感器和高精度、高性能傳感器將會是未來發展的重點。

        MicroStrain慣性傳感器產品包括有戰術級、工業級和準工業級三個模塊。各個模塊的產品又分為輔助慣導系統、AHRS航姿參考系統、IMU慣性測量三個類型。MicroStrain的產品具有重量輕(最小僅8g),體積小,功耗低的特點。目前被廣泛應用于航天航空、無人機飛行可控制、動中通等領域。

         

        戰術級輔助慣導

        由GNSS模塊、陀螺儀、加速度計、磁力計及卡爾曼濾波器等組成,能夠接收多種衛星信號,并輸出四元素、歐拉角等慣性參數。

        3DM-RQ1-45

        GNSS戰術級輔助慣導

        GNSS航向精度0.5°

        陀螺儀零偏穩定性5°/hr

        應對極低溫度環境(-55℃~+80℃)

         
         
        戰術級慣性傳感器,MEMS慣性傳感器,工業級慣性傳感器,無人機慣性傳感器

        3DM-GQ4-45


        GNSS戰術級輔助慣導

        GNSS航向精度0.5°

        最多同時跟蹤兩種GNSS天線

        陀螺儀零偏穩定性 5°/hr

        雙處理器運行卡爾曼濾波



        工業級慣導系統

        由MEMS陀螺儀、加速度計、磁力計及卡爾曼濾波器等組成。體積小,重量輕,功耗低。

        慣性傳感器,MEMS慣性傳感器,工業級慣性傳感器,無人機慣性傳感器

        3DM-GX5-45

        輕小型組合導航系統

        GNSS航向精度0.5°

        位置精度2.5mRMS

        小尺寸:44.2×36.6×11mm

        重量輕:20g

         

         

        3DM-GX5-25


        航姿參考系統

        小尺寸,重量輕

        航向精度±0.8°,姿態精度±0.25°

        陀螺儀零偏穩定性8°/hr

        輕小型帶自適應卡爾曼濾波器的工業級AHRS



        3DM-GX5-15

        陀螺儀零偏穩定性8°/hr

        加速度計零偏穩定性0.04mg

        垂直陀螺儀算法,姿態精度±0.25°

        集成高精度壓力計

         


        準工業級慣導系統

        OEM板PCB安裝模式,體積小、重量輕(8g),功耗低(最低100mW)

        3DM-CV5-25

        航姿參考系統

        小尺寸(38×24×9.7mm),重量輕(8g)

        航向精度±0.8°,姿態精度±0.5°

        陀螺儀零偏穩定性 8°/hr

        雙處理器運行卡爾曼濾波,提供高精度姿數據

         

         

        3DM-CV5-15


        垂直參考單元

        陀螺儀零偏穩定性8°/hr

        加速度計零偏穩定性0.04mg

        雙處理器卡爾曼濾波,姿態精度±0.5°

        集成高精度壓力計



        3DM-CV5-10

        慣性測量單元

        陀螺儀零偏穩定性8°/hr

        加速度計零偏穩定性0.04mg

        支持PCB安裝與傳統安裝

        集成高精度壓力計

         

        慣性技術已經成為一國技術水平先進性的重要標志之一,其先進程度和應用水平關系到國家多個行業的信息化水平和自動化控制水平。引進高水平慣導產品迫在眉睫。

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