常被朋友們問起 到底啥是陀螺儀模塊，IMU模塊，慣導(dǎo)模塊。這里以我的理解給大家一個通俗的解釋：
說明：以下說法是為了不改變原意的情況下方便快速理解的比較通俗的解釋，不是正式定義。 6軸9軸的概念很好理解：說白了就是模塊上裝了哪些，多少傳感器
6軸 : 三軸(XYZ)加速度計(jì) 三軸(XYZ)陀螺儀(也叫角速度傳感器)9軸 : 6軸 三軸(XYZ)磁場傳感器6軸模塊可以構(gòu)成VRU (垂直參考單元)和IMU(慣性測量單元)，9軸模塊可以構(gòu)成AHRS(航姿參考系統(tǒng)) IMU: 慣性測量單元，可以輸出加速度和角速度。并不輸出姿態(tài)角等其他信息VRU : IMU的基礎(chǔ)上內(nèi)置姿態(tài)解算算法，可以輸出姿態(tài)信息。靜止?fàn)顟B(tài)下加速度計(jì)可以測得重力矢量并作為參考，所以靜態(tài)下俯仰橫滾角不會漂移而且精度比較高，然而由于航向角與重力垂直，沒有絕對參考，水平方向上的航向角誤差會隨著時(shí)間慢慢變大，變的越來越不準(zhǔn) 。當(dāng)模塊運(yùn)動時(shí)，加速度計(jì)測量的不僅僅只有重力，還有其他運(yùn)動加速度(有害加速度)，所以模塊運(yùn)動中是不能用重力矢量作為參考修正俯仰橫滾角的。一個簡單的結(jié)論就是：如果模塊長時(shí)間處于大機(jī)動狀態(tài)，那么三個歐拉角誤差都會隨時(shí)間變大(越來越不準(zhǔn))，一旦靜止，俯仰橫滾角會被重新"拉"回到正確的位置，而航向角因?yàn)闆]有參考則不會得到校正。
AHRS : VRU的基礎(chǔ)上修改算法，可以解算被測物體的全姿態(tài)，包括絕對的航向角(與地磁北極的夾角)，因?yàn)橐玫降卮艂鞲衅?，所以必須?軸模塊。另外室內(nèi)由于地磁場畸變非常嚴(yán)重，AHRS 在室內(nèi)也很難獲得準(zhǔn)確的絕對航向角。GPS ：美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)：Global Position System翻譯過來就叫全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。也是因?yàn)镚PS是第一個出來的，老美命名的也比較驕傲，沒有考慮后面還有其他國家也做出來衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以這樣理解：GPS是GPS牌GPS，后面還有中國的北斗牌GPS，毛子的格洛納斯牌GPS等。GNSS: 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，GPS，北斗，格洛納斯等系統(tǒng)的總稱，每一個系統(tǒng)叫做一個"星座"GNSS/INS : 衛(wèi)星/慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)以下是正式定義：(不感興趣可以不看了)
IMU 慣性測量單元(Inertial Measurement Unit) 是測量物體三軸角速度和加速度的設(shè)備。一個IMU內(nèi)可能會裝有三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)，來測量物體在三維空間中的角速度和加速度。嚴(yán)格意義上的IMU只為用戶提供三軸角速度以及三軸加速度數(shù)據(jù)。VRU 垂直參考單元(Vertical Reference Unit)是在IMU的基礎(chǔ)上，以重力向量作為參考，用卡爾曼或者互補(bǔ)濾波等算法為用戶提供有重力向量參考的俯仰角、橫滾角以及無參考標(biāo)準(zhǔn)的航向角。通常所說的6軸姿態(tài)模塊就屬于這類系統(tǒng)。航向角沒有參考，不管模塊朝向哪里，啟動后航向角都為0°(或一個設(shè)定的常數(shù))。隨著模塊工作時(shí)間增加，航向角會緩慢累計(jì)誤差。俯仰角，橫滾角由于有重力向量參考，低機(jī)動運(yùn)動情況下，長時(shí)間不會有累積誤差。AHRS 航姿參考系統(tǒng)(Attitude and Heading Reference System)AHRS系統(tǒng)是在VRU的基礎(chǔ)上增加了磁力計(jì)或光流傳感器，用卡爾曼或者互補(bǔ)濾波等算法為用戶提供擁有絕對參考的俯仰角、橫滾角以及航向角的設(shè)備，這類系統(tǒng)用來為飛行器提供準(zhǔn)確可靠的姿態(tài)與航行信息。我們通常所說的9軸姿態(tài)傳感器就屬于這類系統(tǒng)，因?yàn)楹较蚪怯械卮艌龅膮⒖迹圆粫?。但地磁場很微弱，?jīng)常受到周圍帶磁物體的干擾，所以如何在高機(jī)動情況下抵抗各種磁干擾成為AHRS研究的熱門。GNSS/INS 這是一種組合導(dǎo)航系統(tǒng)，顧名思義這種系統(tǒng)是利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System 簡稱GNSS，它是GPS，北斗，GLONASS、GALILEO等系統(tǒng)的統(tǒng)稱) 與慣性導(dǎo)航(Inertial Navigation System)各自的優(yōu)勢進(jìn)行算法融合，為用戶提供更加精準(zhǔn)的姿態(tài)及位置信息。下圖是組合導(dǎo)航系統(tǒng)的一個基本的框圖，它以加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)、GNSS等作為基本輸入，利用融合算法輸出用戶所需要的姿態(tài)信息、位置信息以及速度信息。
模塊可以積分計(jì)算速度和位置么? 理論可以，實(shí)際不行(沒有意義)。如果沒有其他方式糾正偏差(比如GPS)，那么位置會很快發(fā)散，比如HI226模塊，加速度積分得速度，速度積分得位置。這樣二次積分下來，就算是靜止條件下，1min也會飄幾十米。高速運(yùn)動/機(jī)動飄出1KM也是有可能的。真正純慣導(dǎo)解算得到穩(wěn)定的位姿應(yīng)用的都是高端IMU(光纖，激光陀螺等)一般都價(jià)值不菲。
6軸一點(diǎn)都不會，9軸肯定會，而且非常大。所以9軸模式一般不適用于機(jī)器人等周圍有磁性物質(zhì)的場合。
6軸模塊航向角飄移是必然的，只是程度的高低不同而已，器件決定性能，算法不是萬能。需要注意的是所有姿態(tài)模塊都需要上電靜止1s左右以獲得陀螺零偏，否則航向角飄移會更嚴(yán)重，詳見產(chǎn)品手冊描述。9軸模塊需要配置為9軸模式，并且地磁經(jīng)過校準(zhǔn)，并且無地磁空間畸變干擾的環(huán)境下才能輸出穩(wěn)定無飄移的航向角，室內(nèi)環(huán)境下：辦公桌周圍，廠房，實(shí)驗(yàn)室，儀器設(shè)備旁的區(qū)域空間磁場畸變非常嚴(yán)重，9軸模式下航向角指北精度一般都比較差，初次使用可以到戶外先測試模塊性能，在拿回室內(nèi)比較。
(這里是定性分析，無法給出定量結(jié)果): 一個簡單的定性分析方法：將模塊水平放置，穩(wěn)定后拿起模塊進(jìn)行隨機(jī)機(jī)動運(yùn)動(慢慢動，不要太劇烈，不要超出陀螺量程)，運(yùn)動一定時(shí)間(2-5min)后回到水平位置，這時(shí)候會發(fā)現(xiàn)俯仰橫滾角有一個"回正"過程。這是由于運(yùn)動中加速度計(jì)測量的不再只有重力矢量，所以無法提供俯仰橫滾角的絕對參考，只能靠陀螺積分來遞推姿態(tài)，隨著時(shí)間流逝，純陀螺積分姿態(tài)必然會有誤差。重新水平放置后，模塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，加速度計(jì)測量的又只有重力矢量，所以又可以繼續(xù)為俯仰橫滾角提供絕對參考，所以才有"回正"過程。所以，從"回正"的大小幅度(而不是快慢)上就可以簡單定性的比較這塊產(chǎn)品的陀螺性能?；卣仍酱笳f明陀螺在運(yùn)動過程中累計(jì)的誤差越大。另外，這個"回正"的過程如果只是通過看俯仰橫滾數(shù)值是很難用肉眼看出來的，必須借助上位機(jī)使用曲線或者可視化儀表盤觀察。
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