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IMU(惯性测量单元)、AHRS(航姿参考系统) 和 INS 之间的区别

文章出处:新闻动态 责任编辑:百世精工科技 发表时间:2023-07-14 15:45:07
  
  

      选购惯性传感器时,人们会想到 INS,又名惯性导航系统。也许你需要一个 IMU,这非常简单。了解 IMU、AHRS 和 INS 之间的区别将有助于为您的特定应用选择正确的产品。


一、IMU、AHRS 和 INS 之间的区别

      当客户访问我们的网站或为他们的产品购买传感器(惯性传感器)时,他们通常会想到 INS,仅此而已。他们刚刚听到INS。事实并非如此。也许他们实际上需要一个 IMU,这实际上非常简单。他们正在考虑一个完全不同的价格点。了解 IMU、AHRS 和 INS 之间的差异将有助于为您的特定应用选择正确的产品。


      人们对 INS 的最大误解是它只是一个 GPS。这不是 GPS。它有一个卡尔曼滤波器,它有一个内置于设备中的传感器融合。它为您提供更准确的输出。总的来说,这是一个非常高质量的设备。因此,INS 将包括一个卡尔曼滤波器,该滤波器将包括传感器本身如何将所有单独的部件融合为一个部件,并为您提供包含所有部件的导航输出。这还包括陀螺仪、磁力计和加速度计。并且在INS解决方案中,还包括GPS。因此,它将获取这些东西并为您提供导航输出,然后您的机器人可以使用该输出来了解它在世界上的位置。


二、什么是 IMU?

      当您想要实现 IMU 时,重要的是要认识到它只是磁力计、加速度传感器和陀螺仪。有时该包装中不包含磁力计。这只是那些小设备最终吐出的随机数。而且它不会有任何智能。它只会产生数字。这实际上对于在相机、固定相机中使用非常有益,您所关心的只是知道它是指向地面还是指向天花板。这是非常基本的,没有太多内容。但同样,没有立场或其他任何东西。


      很多人在为特定应用寻找解决方案时,都会从 INS 级别开始,其中包括磁力计、陀螺仪和加速度计。但它还包括一个 GPS,它将把所有这些传感器融合在一起,为您提供强大的导航输出,您的系统实际上可以使用它来环游世界,并确切地知道它在哪里。


      所以IMU实际上代表惯性测量单元。仅此而已。这只是一个简单的基本单元。

3DMGX5-IMU惯性测量单元传感器

三、AHRS 有什么好处?

      下一步是 AHRS,它代表姿态航向参考系统,实际上包括 GPS。虽然它实际上并不包含卡尔曼滤波器,但它确实为您提供了 IMU 的所有优势以及 GPS 位置。


      AHRS 装置非常适合那些已经设计或已经整合了滤波器的人们,他们只是希望将更多传感器数据注入其中。

Advanced Navigation Certus Evo MEMS GNSS/INS惯性导航系统

四、INS 适合我吗?

      AHRS 的下一步是 INS,每个人都熟悉术语 INS。那个,它代表惯性导航系统。顾名思义,它是一个智能系统。它将采用所有这些传感器,将它们融合成一个输出,您的系统无需再做任何事情。它仅根据该输出就可以准确地知道自己在世界上的位置。您不需要将其发送到其他任何地方。


      INS 具有所谓的卡尔曼滤波器,它融合在设备中使用的各种传感器中。卡尔曼滤波器实际上是一个软件包。大部分时间传感器输出被馈入。然后卡尔曼滤波器为您提供融合输出,机器人的其余部分实际上可以在其上运行。 INS 独有的一些额外功能是能够使用 RTK。 RTK(实时运动学)是一个从基站获取 GPS 位置并将修正结果输出到流动站(通常是四处移动的机器人)的过程。通过组合两个 GPS 系统,您可以获得厘米级的精度。而且这只是,你只能用 INS 系统来做到这一点。


      另一个只能与 INS 一起使用的功能实际上是罗盘。这是一项较新的技术,但它仍然只能在 INS 解决方案中使用。这就是您使用 GPS 1 并添加 GPS 2 的地方。一台设备有两个 GPS。但根据这两个 GPS 位置之间的距离,您可以推导出两者之间的航向。这为您的常规导航系统提供了非常准确的航向尺寸。

3DMGX5-GNSS/INS辅助惯性导航系统

五、指南针的重要性

      罗盘之所以对 INS 解决方案有如此巨大的改进,是因为您能够获得比磁力计低得多的精度。磁力计基于地球磁场,无论你指向北方,它都是一个指南针。但当您使用 GPS 时,它并不关心北方的实际位置。因为它始终能够根据这两个 GPS 得出您的航向。它不会受到一块金属经过它的影响,也不会受到你的手机的影响。只要您有 GPS 位置,它就始终有效。


      因此,每个人真正想要的最终解决方案之一是,我可以获得出色的罗盘航向,我也可以通过 RTK 获得位置精度吗?答案是肯定的。您实际上可以将它们放在一起。你最终只是将两者合并了。您将拥有基站,然后您将拥有具有两个 GPS 的流动站。它的工作原理与 RTK 完全相同。您将基础位置信息发送到流动站,然后它进行位置修复,然后它还可以从两个 GPS 位置获取航向信息,真正为您的应用提供精确的航向和位置解决方案。实际上,罗盘的工作原理与 RTK 类似。它实际上运行与 RTK 解决方案完全相同的库。但它使用该信息作为本地基地而不是远程基地。在 RTK 系统中,您在其他地方有一个基站,现在您有一个由罗盘组成的移动基站。正是这两个基本位置在 RTK 解决方案中协同工作,才真正为您提供罗盘航向。


      使用 RTK 基准的价值在于,如果您基于该基准进行任何类型的三角测量,您就可以获得该位置。三角测量作用于三个点。在这种情况下,您有一个 RTK 基地,您有一颗卫星,然后您还有您的流动站。根据您随后绘制的三角形的尺寸,我们能够实际获得精确到厘米级的 RTK 位置。


      带罗盘的 INS 仍然受到基本 GPS 位置的影响。一般来说,GPS 的精度很难达到一米以上。指南针仍将受到影响。虽然我们能够得出流动站上两个 GPS 位置的准确航向,但我们无法从这两个位置中得出更准确的物理位置信息。您可以对它们进行平均,但这不会给您带来更高的准确性。



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