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什么是惯性传感器?惯性传感器如何用于传感器融合?

时间:2022-12-06 16:49:50来源:21ic电子网

导语:​固态惯性传感器有着潜在的成本、尺寸、重量等优势,其在系统中的应用也必然激增。随着器件成本的降低、小尺寸传感器的出现,军事应用也出现了许多新的应用领域。

  一、惯性传感器

  惯性导航系统是随着惯性传感器的发展而发展起来的一门导航技术,它完全自主、不受干扰、输出信息量大、输出信息实时性强等优点使其在军用航行载体和民用相关领域获得了广泛应用。惯导系统的精度、成本主要取决于陀螺仪和加速度传感器的精度和成本,尤其是陀螺仪其漂移对惯导系统位置误差增长的影响是时间的三次方函数,而高精度的陀螺仪制造困难,成本很高,因此惯性技术界一直在寻求各种有效方法来提高陀螺仪的精度,同时降低系统成本。

金沙彩票手机版app  微型机械式惯导传感器将统治战术性能要求(或以下)的应用领域。军用市场将推动这些传感器的发展,如适用灵巧飞行器、自主导航导弹、短程战术导弹导航、火力控制系统、雷达天线的运动补偿、复合智能小型推进器和晶片大小的INS/GPS系统。洲际弹道导弹系统和潜射弹道导弹系统战略制导系统的发展,将依赖于武器系统和战略系统的总体性能要求。导航系统为提高导航精度,将继续采用稳定平台式机械陀螺仪和加速度计(摆式陀螺加速度计)。

金沙彩票手机版app  从20世纪50年代的液浮陀螺仪到70年代的动力调谐陀螺仪;从80年代的环形激光陀螺仪、光纤陀螺仪到90年代的振动陀螺仪以及研究报道较多的微机械电子系统陀螺仪相继出现,从而推动了惯性传感器不断向前发展。因此对惯性传感器的研究一直是各国惯性技术领域的重点,各种新材料、新技术在惯性传感器研究中都有所体现,随着低成本、高精度的惯性传感器的出现,惯性导航系统将成为通用、低价的导航系统。

  二、惯性传感器如何用于传感器融合

金沙彩票手机版app  在我们进入传感器融合之前,快速回顾一下惯性测量单元(惯性传感器)似乎是相关的。惯性传感器是一种传感器,通常由加速度计和陀螺仪组成,有时还包括磁力计。通过查看来自这些传感器的数据,设备能够更全面地了解其方向和运动状态。

  ·加速度计测量单个方向的加速度(速度变化),例如您踩到汽车油门时感受到的力。静止时,加速度计测量重力。

  ·陀螺仪测量围绕其三个轴的角速度。它在任何给定时刻输出其旋转偏航、俯仰和滚动。

金沙彩票手机版app  ·很简单,磁力计测量磁场。通过在稳定的磁场中进行适当的校准,它可以检测到地球磁场的波动。通过这些波动,它找到了指向地球磁北的矢量,并给它一个绝对航向。

  然后,传感器的信息用于维持无人机的平衡、改善家用机器人吸尘器的航向、改变智能手机屏幕的方向以及其他与运动相关的应用。

金沙彩票手机版app  现在我们了解了惯性传感器的组成部分,它与传感器融合有什么关系,我们为什么要关心它?好吧,仅传感器并不那么“智能”。他们生成原始数据。但这些原始数据必须经过处理和打包才能成为可操作的。

  惯性传感器中的传感器类似于阅读您的患者档案的专科医生——他们都有自己的意见,并且他们的专长为他们提供其他人没有的洞察力,但您可以处理他们的意见以做出最终决定。例如,如果加速度计表明重力正在从指向下方变为更水平的角度,但陀螺仪显示几乎没有运动,你相信哪个?那么,在这种情况下,陀螺仪应该更受信任,因为它不受外力的影响。由于陀螺仪告诉我们用户框架没有改变,可以肯定地说设备一直在加速,就像汽车直线行驶一样。

  在另一种情况下,如果陀螺仪显示小而一致的角速度,但加速度计和磁力计显示设备处于静止状态,那么您可以相信两位同意的“医生”的意见。然后你可以推断出有一些陀螺仪偏差会给出错误的输出。这些示例旨在展示传感器融合对于理解基于传感器信息融合的最佳输出是必不可少的。这可用于确定准确的运动、方向和航向信息。

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