解釋慣性測量單元規(guī)格

      慣性測量單元傳感器的應用范圍廣泛，主要基于精度和漂移誤差。IMU 通常有“性能等級”，基本上將產品性能和航位推算能力（無輔助導航）與典型的市場應用聯(lián)系起來，以幫助進行一般選擇。例如，與商業(yè)級 IMU 相比，高端戰(zhàn)術級 IMU 具有更低的漂移和偏差不穩(wěn)定性以及更好的航位推算能力。以下是典型的性能等級與應用指南：

      與大多數產品和技術一樣，慣性測量單元的性能通常與成本直接相關。了解 IMU 傳感器的規(guī)格及其推斷是為特定應用選擇合適且經濟高效的 IMU 解決方案的關鍵。以下是一些需要考慮的關鍵規(guī)格。

      偏差不穩(wěn)定

      偏置不穩(wěn)定性，也稱為“運行中偏置穩(wěn)定性”，表示傳感器輸出在穩(wěn)定溫度下隨著時間的推移運行期間漂移的量。漂移本質上是由傳感技術的物理限制引起的，并且由于它是傳感器固有的或系統(tǒng)性的，因此漂移誤差會累積。偏差不穩(wěn)定性可能是確定特定應用的 IMU 類型的最關鍵規(guī)格，因為它提供了與時間相關的整體不穩(wěn)定性值以及最佳可能的精度估計。

      Advanced Navigation 在 Orientus MEMS IMU 中實現了 3°/小時的陀螺儀偏置不穩(wěn)定性，在 Boreas D90 數字 FOG 中實現了 0.001°/小時的陀螺儀偏置不穩(wěn)定性。對于加速偏差不穩(wěn)定性，Orientu s 達到 20 μg，Boreas D90 達到 7 μg。

      初始偏差

      接通后，當陀螺儀和加速度計均靜止且處于熱穩(wěn)定狀態(tài)時，無論旋轉力或加速力如何，傳感器都將呈現可測量的輸出或偏移誤差。由于測量之間的熱、物理、機械和電氣變化，該初始偏置在每次開啟時可能會有所不同。

由于初始偏差的性質不同，因此在生產過程中無法對其進行校準。然而，輔助導航系統(tǒng)（例如，使用 GNSS）可以更好地估計初始偏差并在輸出測量中過濾它。每次開啟后初始偏置越穩(wěn)定，濾波效果就越佳。也可以說，初始偏差誤差越低，濾波通常越可靠。初始偏差穩(wěn)定性與無輔助導航系統(tǒng)或執(zhí)行陀螺羅經的系統(tǒng)最相關。

      Advanced Navigation 在 Orientus MEMS IMU 中實現了 <0.2°/s 的陀螺儀初始偏差，在 Boreas D90 數字 FOG 中實現了 <0.01°/hr 的陀螺儀初始偏差。對于加速初始偏差，Orientus 達到 <5 mg，Boreas D90 達到 <100 μg。

      范圍和分辨率

      范圍是傳感器可以測量的最小和最大輸入值限制。任何低于最小值或高于最大值的輸入都無法準確測量，因此傳感器不會產生任何輸出。加速度計的范圍定義為 g 單位 (1 g = -9.8 m/s2)；磁力計使用 G 等級（“高斯”）來定義，陀螺儀（角速率傳感器）則以°/s 為單位。

      分辨率基本上是測量精度。也就是說，在沒有任何信號不穩(wěn)定的情況下，傳感器的測量增量有多精細。分辨率越高（測量增量越?。?，靈敏度越高，準確度越好。

      范圍和分辨率值通常是相互關聯(lián)的，通常傳感器范圍越窄，傳感器分辨率越高。想象一下兩個傳感器；傳感器 A 的量程為 ± 2 g，分辨率為 0.05，傳感器 B 的量程為 ± 10 g，分辨率為 0.5。在此示例中，傳感器 B 提供的重力范圍是傳感器可承受的 5 倍，但傳感器 A 的分辨率要精確 10 倍。

      一些 Advanced Navigation 產品具有可配置的范圍，可以在各種應用中提供最佳的分辨率。例如，Certus MEMS INS 可以提供±2 g、±4 g 或±16 g 的加速度，以及±250 °/s、±500 °/s 或±2000 °/s 的陀螺儀旋轉速率。

      比例因子/比例誤差

      比例因子是描述傳感器輸出變化與被測輸入變化之間的誤差的比率。例如，比例因子為 0.1% 的加速度傳感器檢測到 2 g (19.61 m/s2) 的實際加速度時可能會輸出 19.63 m/s2 的值。比例因子越小，實際輸入與 IMU 產生的偏差校正輸出之間的誤差就越小。比例因子誤差通常隨溫度變化，必須在工作溫度范圍內進行校準。

      制造商通常將此偏差定義為百分比或百萬分之一 (ppm)。高級導航在 Orientus MEMS IMU 中實現了 <0.04% 的陀螺儀比例因子，在 Boreas D90 數字 FOG 中實現了 80 ppm。對于加速比例因子，Orientus 達到 0.06%，Boreas D90 達到 100 ppm。

      比例因子穩(wěn)定性

      比例因子穩(wěn)定性描述了由于溫度而導致的比例因子/比例誤差的任何變化以及該變化的可重復性的一致性。例如，比例因子穩(wěn)定性較差的傳感器可能會隨著溫度的變化而更快地失去精度，并且即使在穩(wěn)定的溫度下，其輸出的一致性也會較差。

      制造商通常將此偏差定義為百分比或百萬分之一 (ppm)。高級導航在 Orientus MEMS IMU 中實現了 <0.05% 的陀螺儀比例因子穩(wěn)定性，在 Boreas D90 數字 FOG 中實現了 10 ppm。對于加速比例因子穩(wěn)定性，Orientus 達到 <0.06 %，Boreas D90 達到 100 ppm。

      噪音和噪音密度

      噪聲可以描述為傳感器輸出的隨機變化，而傳感器的輸入和傳感器運行的條件保持不變。傳感器噪聲越“密集”，在給定帶寬上噪聲的影響或“功率”越大，輸出的方差也越大。這可能會扭曲或降低原始輸出的質量并引入歧義。

      為了幫助克服噪聲，或者至少將其最小化，傳感器處理器可以平均或計算噪聲信號的標準偏差，并以較低的速率輸出——這是“下采樣”的過程，它減少了測量到的噪聲量進入傳感器輸出。噪聲密度通常用信號噪聲除以采樣率的平方根來衡量。

      Advanced Navigation 在 Orientus MEMS IMU 中實現了 0.004 °/s/√Hz 的陀螺噪聲密度，在 Boreas D90 數字 FOG 中實現了 0.06 °/hr/√Hz 的陀螺噪聲密度。對于加速比例因子穩(wěn)定性，Orientus 達到 100 μg/√Hz，Boreas D90 達到 <30 μg/√Hz。

      隨機游走

      隨機游走是當信號用于計算其他數據時由信號噪聲引起的輸出漂移。例如，當對來自陀螺儀的角速率信號進行積分以確定角度時，測量結果將由于信號噪聲而隨時間漂移，并且可能表現為從一個樣本到下一個樣本的隨機步驟。通過將隨機游走乘以時間的平方根，可以計算出噪聲引起的漂移的標準偏差。

      陀螺儀的隨機游走稱為角度隨機游走 (ARW)，加速度計的隨機游走稱為速度隨機游走 (VRW)。對于陀螺儀，隨機游走的規(guī)范通常以 °/√s 或 °/√hr 為單位，對于加速度計，通常以 m/s/√s 或 m/s/√hr 為單位。

      Advanced Navigation 在 Orientus MEMS IMU 中實現了 0.24 °/√hr 的 ARW，在 Boreas D90 數字 FOG 中實現了 0.001 °/√hr 的 ARW。對于 VRW，Boreas D90 達到 17 mm/s/√hr。

      帶寬和采樣率

      帶寬是傳感器可以響應并提供可靠的角速度或線性加速度值的最大輸入頻率。額定頻率之外的輸入通常會被衰減。帶寬還與采樣率和測量速度有關。這種速度轉化為傳感器延遲，更高帶寬的傳感器通過更快地對輸入做出反應來提供更好的性能。

      采樣率是傳感器每秒輸出的測量樣本數。請注意，帶寬和采樣率有時可以互換使用，但它們并不相同。采樣率與帶寬不同，因為它可以是任何指定的速率，而帶寬取決于傳感器響應頻率。

      Advanced Navigation IMU 具有 1000 Hz (1 kHz) 采樣率，通常使用帶寬為 400 Hz 的角速率和加速度傳感器。 1 kHz 采樣率提供了更高的分辨率，可檢測運動的快速變化，并可有效控制動態(tài)不穩(wěn)定的平臺。