惯性测量单元

惯性测量单元 (IMU) 是一种电子设备，它使用加速度计、陀螺仪和磁力计的组合来测量和报告身体的比力、角速率，有时还包括身体的方向。 当包含磁力计时，IMU 称为 IMMU。 IMU 通常用于操纵现代交通工具，包括摩托车、导弹、飞机（姿态和航向参考系统），包括无人驾驶飞行器 (UAV) 等，以及航天器，包括卫星和着陆器。 最近的发展允许生产支持 IMU 的 GPS 设备。 IMU 允许 GPS 接收器在 GPS 信号不可用时工作，例如在隧道、建筑物内部或存在电子干扰时。

惯性测量单元的工作原理是使用一个或多个加速度计检测线性加速度，并使用一个或多个陀螺仪检测旋转速率。 有些还包括通常用作航向参考的磁力计。 典型配置包含一个加速度计、陀螺仪和磁力计，用于三个主轴中的每一个：俯仰、滚动和偏航。

IMU 通常被整合到惯性导航系统中，惯性导航系统利用原始 IMU 测量值来计算相对于全球参考系的姿态、角速率、线速度和位置。 配备 IMU 的 INS 构成了许多商用和军用车辆（例如载人飞机、导弹、舰船、潜艇和卫星）导航和控制的支柱。 IMU 也是无人驾驶系统（如 UAV、UGV 和 UUV）的引导和控制的重要组成部分。 INS 的更简单版本称为姿态和航向参考系统，利用 IMU 计算车辆姿态以及相对于磁北的航向。 从 IMU 的传感器收集的数据允许计算机使用一种称为航位推算的方法来跟踪飞行器的位置。

在陆地车辆中，IMU 可以集成到基于 GPS 的汽车导航系统或车辆跟踪系统中，使系统具有航位推算能力，并能够尽可能多地收集有关车辆当前速度、转弯率、 航向、倾斜度和加速度，结合车辆的轮速传感器输出和（如果有）倒档信号，用于更好的交通碰撞分析等目的。

除了导航用途外，IMU 还在许多消费产品中用作方向传感器。 几乎所有智能手机和平板电脑都包含 IMU 作为方向传感器。 健身追踪器和其他可穿戴设备还可能包括用于测量运动（例如跑步）的 IMU。 IMU 还能够通过识别与跑步相关的特定参数的特异性和敏感性来确定运动中个体的发育水平。 一些游戏系统（例如任天堂 Wii 的遥控器）使用 IMU 来测量运动。 低成本 IMU 促进了消费无人机行业的发展。 它们还经常用于体育技术（技术训练）和动画应用。 它们是用于运动捕捉技术的竞争技术。 IMU 是 Segway 个人运输车中使用的平衡技术的核心。

在导航系统中，IMU 报告的数据被送入处理器计算高度、速度和位置。 称为捷联惯性系统的典型实现集成了陀螺仪的角速率以计算角位置。 这与卡尔曼滤波器中加速度计测量的重力矢量融合以估计姿态。 姿态估计用于将加速度测量值转换为惯性参考系（因此称为惯性导航），其中它们被积分一次以获得线速度，两次积分以获得线性位置。

例如，如果安装在沿某个方向矢量移动的飞机上的 IMU 测量飞机的加速度为 5 m/s2，持续 1 秒，那么在这 1 秒之后，制导计算机将推断出飞机必须在行驶 速度为 5 m/s，并且必须距离其初始位置 2.5 m。

如果与机械纸质地图或数字地图档案（其输出通常称为移动地图显示的系统，因为制导系统位置输出通常被视为参考点，从而产生移动地图），制导系统可以使用 这种方法可以向飞行员显示飞机在特定时刻的地理位置，就像使用 GPS 导航系统一样——但不需要通过外部来源与任何外部组件（例如卫星或陆地无线电转发器）进行通信或从任何外部组件接收通信 仍然用于纠正漂移错误，并且由于位置更新频率。