Гироскоп и акселерометр являются основными компонентами IMU, и их точность напрямую влияет на точность инерциальной системы. В практической работе из-за различных неизбежных помех гироскопы и акселерометры дают погрешности. Начиная с начальной юстировки, их навигационная погрешность со временем возрастает, особенно погрешность положения, что является основным недостатком инерциальной навигационной системы. Поэтому для реализации интегрированной навигации необходимо использовать внешнюю информацию, чтобы эффективно снизить проблему накопления ошибок со временем. Для повышения надежности можно установить больше датчиков на каждый вал. В общем случае IMU следует устанавливать на центр тяжести измеряемого объекта.
Как правило, в состав IMU входят три одноосных акселерометра и три одноосных гироскопа. Акселерометры регистрируют сигналы ускорения независимых трех осей объекта в несущей системе координат, а гироскопы - сигналы угловой скорости носителя относительно навигационной системы координат, измеряют угловую скорость и ускорение объекта в трехмерном пространстве и на основании этого вычисляют отношение объекта. Это имеет очень важное прикладное значение в навигации.
IMU в основном используется в устройствах, требующих управления движением, таких как автомобили и роботы. Он также используется в случаях, когда требуется точная оценка смещения с ориентацией, например, в инерциальной навигационной аппаратуре подводных лодок, самолетов, ракет и космических аппаратов.
Краткое описание
При использовании трехосевой геомагнитной развязки и трехосевого акселерометра на него сильно влияет ускорение внешних сил. В условиях движения/вибрации погрешность выходного угла направления велика. Магнитный датчик поля имеет недостатки. Его абсолютным эталоном является магнитная линия силы геомагнитного поля. Геомагнитное поле характеризуется широким диапазоном использования, но его напряженность мала, порядка нескольких десятых долей Гаусса, что очень легко возмущается другими магнитами. Если совместить мгновенный угол гироскопа с осью z, то это может сделать данные системы более стабильными. Ускорение измеряется в направлении силы тяжести. При отсутствии ускорения внешней силы он может точно выводить угол крена/тангажа по двум осям, причем этот угол не будет иметь кумулятивной ошибки, что обеспечивает точность в более длительном временном масштабе. Однако недостатком датчика ускорения при измерении угла является то, что датчик ускорения фактически использует технологию MEMS для обнаружения небольшой деформации, вызванной инерционной силой, а инерционная сила по своей сути равна силе тяжести, поэтому акселерометр не сможет различить ускорение силы тяжести и ускорение внешней силы. При изменении скорости системы в трехмерном пространстве ее выходной сигнал оказывается некорректным.
Выходная угловая скорость гироскопа является мгновенной величиной, которая не может быть непосредственно использована в балансе ориентации. Для вычисления угла требуется угловая скорость и интегрирование по времени. Полученное изменение угла прибавляется к начальному углу для получения целевого угла. Чем меньше время интегрирования DT, тем точнее выходной угол. Однако принцип работы гироскопа определяет, что эталоном измерения является он сам, а абсолютного эталона вне системы не существует. Кроме того, DT не может быть бесконечно малым, поэтому суммарная ошибка интегрирования будет быстро увеличиваться с течением времени, что приведет к несоответствию выходного угла фактическому, поэтому гироскоп может работать только в относительно коротком временном масштабе.