IMU+GPS - 日理万妓 2022-09-03 11:29 176阅读 0赞 ### GPS+IMU ### * 介绍（熟悉的略过） * * IMU校准 * 姿态估算 * 数据融合 # 介绍（熟悉的略过） # **GPS(GlobalPositioningSystem)**：指美国国防部研制的全球定位系统。用户设备通过接收GPS信号，得到用户设备和卫星的距离观测值，经过特定算法处理得到用户设备的三维坐标、航向等信息。使用不同类型的观测值和算法，定位精度为厘米级到10米级不等。GPS的优点是精度高、误差不随时间发散，缺点是要求通视，定位范围无法覆盖到室内。 \*\*IMU(Inertial measurementunit)：\*\*指惯性测量单元。包括陀螺仪和加速度计以及磁力计。 陀螺仪测量物体三轴的角速率，用于计算载体姿态； 加速度计测量物体三轴的线加速度，可用于计算载体速度和位置。 磁力计（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，定位设备的方位，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。 所以，陀螺仪知道“我们转了个身”，加速计知道“我们又向前走了几米”，而磁力计则知道“我们是向西方向”的。 所以在实际应用中，由于应用、误差修正、误差补偿需要，往往会结合使用上述传感器，充分利用每种传感器的特长，让最终的运算结果更准确，比如在Android中，会同时使用磁力计和加速计来运算出Orientation（方位计），运算出的方位信息需要同时结合磁场方向和方向运动情况才能得到。 IMU的优点是不要求通视，定位范围为全场景；缺点是定位精度不高，且误差随时间发散。GPS和IMU是两个互补的定位技术。 **概念对比** • 陀螺仪就是内部有一个陀螺，它的轴由于陀螺效应始终与初始方向平行，这样就可以通过与初始方向的偏差计算出实际方向。手机里陀螺仪实际上是一个结构非常精密的芯片，内部包含超微小的陀螺。 • 加速计是用来检测手机受到的加速度的大小和方向的，而手机静置的时候是只受到重力加速度（这个高中学过）的.所以很多人把加速计功能又叫做重力感应功能。 • 磁力计是测试磁场强度和方向的。 **原理对比** • 陀螺仪测量是参考标准是内部中间在与地面垂直的方向上进行转动的陀螺。通过设备与陀螺的夹角得到结果。 • 加速计是以内部测量组件在各个方向上的受力情况来得到结果。 • 磁力计的原理就是中学物理中涉及到的那个最简单的指南针了 **应用对比** • 陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动。对设备自身运动更擅长。但不能确定设备的方位。 • 加速度计的强项在于测量设备的受力情况。对设备相对外部参考物的运动更擅长。但用来测量设备相对于地面的摆放姿势，则精确度不高。 • 磁力计的强项在于定位设备的方位。可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。 6-DOF: 三轴陀螺仪+三轴加速度计 9-DOF：三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴磁力计 ## IMU校准 ## 加速度/磁力计具有高频噪声（需要低通滤波），将加速度/磁力计的信号看成是音频信号，它们的信号会有很多“毛刺“，也就是说它们的瞬时值不够精确，解算出来的姿态会震荡，但长期来看姿态方向是对的。而陀螺仪具有低频噪声（需要高通滤波），即每个时刻的得到的角速度是比较精确的，使用积分就能得到旋转角度（姿态），但是积分会累积误差，因此积分到后面姿态就不对了，也就是漂移现象。 加速度/磁力计和陀螺仪在频域上的特性互补，可以融合这三种传感器的数据，提高精度和系统的动态特性。 1. **陀螺仪** 2. **加速速度计** 3. **磁力计** ## 姿态估算 ## ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70] \#TODO ## 数据融合 ## \#TODO 参考： https://blog.csdn.net/u013236946/article/details/72934934 [watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220829/e22a5ae6b1834470b76fae8daaf80b24.png
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