一、慣性傳感器

　　慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是隨著慣性傳感器的發(fā)展而發(fā)展起來的一門導(dǎo)航技術(shù),它完全自主、不受干擾、輸出信息量大、輸出信息實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)使其在軍用航行載體和民用相關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度、成本主要取決于陀螺儀和加速度傳感器的精度和成本,尤其是陀螺儀其漂移對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)位置誤差增長的影響是時(shí)間的三次方函數(shù),而高精度的陀螺儀制造困難,成本很高,因此慣性技術(shù)界一直在尋求各種有效方法來提高陀螺儀的精度,同時(shí)降低系統(tǒng)成本。

　　微型機(jī)械式慣導(dǎo)傳感器將統(tǒng)治戰(zhàn)術(shù)性能要求(或以下)的應(yīng)用領(lǐng)域。軍用市場(chǎng)將推動(dòng)這些傳感器的發(fā)展，如適用靈巧飛行器、自主導(dǎo)航導(dǎo)彈、短程戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈導(dǎo)航、火力控制系統(tǒng)、雷達(dá)天線的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、復(fù)合智能小型推進(jìn)器和晶片大小的INS/GPS系統(tǒng)。洲際彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)和潛射彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)戰(zhàn)略制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展，將依賴于武器系統(tǒng)和戰(zhàn)略系統(tǒng)的總體性能要求。導(dǎo)航系統(tǒng)為提高導(dǎo)航精度，將繼續(xù)采用穩(wěn)定平臺(tái)式機(jī)械陀螺儀和加速度計(jì)(擺式陀螺加速度計(jì))。

　　從20世紀(jì)50年代的液浮陀螺儀到70年代的動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀;從80年代的環(huán)形激光陀螺儀、光纖陀螺儀到90年代的振動(dòng)陀螺儀以及研究報(bào)道較多的微機(jī)械電子系統(tǒng)陀螺儀相繼出現(xiàn),從而推動(dòng)了慣性傳感器不斷向前發(fā)展。因此對(duì)慣性傳感器的研究一直是各國慣性技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn),各種新材料、新技術(shù)在慣性傳感器研究中都有所體現(xiàn),隨著低成本、高精度的慣性傳感器的出現(xiàn),慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將成為通用、低價(jià)的導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　二、慣性傳感器如何用于傳感器融合

　　在我們進(jìn)入傳感器融合之前，快速回顧一下慣性測(cè)量單元(慣性傳感器)似乎是相關(guān)的。慣性傳感器是一種傳感器，通常由加速度計(jì)和陀螺儀組成，有時(shí)還包括磁力計(jì)。通過查看來自這些傳感器的數(shù)據(jù)，設(shè)備能夠更全面地了解其方向和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　·加速度計(jì)測(cè)量單個(gè)方向的加速度(速度變化)，例如您踩到汽車油門時(shí)感受到的力。靜止時(shí)，加速度計(jì)測(cè)量重力。

　　·陀螺儀測(cè)量圍繞其三個(gè)軸的角速度。它在任何給定時(shí)刻輸出其旋轉(zhuǎn)偏航、俯仰和滾動(dòng)。

　　·很簡單，磁力計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)。通過在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)，它可以檢測(cè)到地球磁場(chǎng)的波動(dòng)。通過這些波動(dòng)，它找到了指向地球磁北的矢量，并給它一個(gè)絕對(duì)航向。

　　然后，傳感器的信息用于維持無人機(jī)的平衡、改善家用機(jī)器人吸塵器的航向、改變智能手機(jī)屏幕的方向以及其他與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的應(yīng)用。

　　現(xiàn)在我們了解了慣性傳感器的組成部分，它與傳感器融合有什么關(guān)系，我們?yōu)槭裁匆P(guān)心它?好吧，僅傳感器并不那么“智能”。他們生成原始數(shù)據(jù)。但這些原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過處理和打包才能成為可操作的。

　　慣性傳感器中的傳感器類似于閱讀您的患者檔案的專科醫(yī)生——他們都有自己的意見，并且他們的專長為他們提供其他人沒有的洞察力，但您可以處理他們的意見以做出最終決定。例如，如果加速度計(jì)表明重力正在從指向下方變?yōu)楦降慕嵌?，但陀螺儀顯示幾乎沒有運(yùn)動(dòng)，你相信哪個(gè)?那么，在這種情況下，陀螺儀應(yīng)該更受信任，因?yàn)樗皇芡饬Φ挠绊?。由于陀螺儀告訴我們用戶框架沒有改變，可以肯定地說設(shè)備一直在加速，就像汽車直線行駛一樣。

　　在另一種情況下，如果陀螺儀顯示小而一致的角速度，但加速度計(jì)和磁力計(jì)顯示設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么您可以相信兩位同意的“醫(yī)生”的意見。然后你可以推斷出有一些陀螺儀偏差會(huì)給出錯(cuò)誤的輸出。這些示例旨在展示傳感器融合對(duì)于理解基于傳感器信息融合的最佳輸出是必不可少的。這可用于確定準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)、方向和航向信息。