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惯性导航:死记硬背

行业文章 2020年10月5日

利用三个加速度计和三个陀螺仪的测量数据,该系统的运行情况如下。OxTS 惯性导航系统追踪它在三维空间中的位置。它使用一种叫做"死亡计算"的过程来实现这一目的。

死神计算的实际过程很容易理解,你从一些源头(这里是陀螺仪加速度计 )获取信息,并将它们转化为运动,可以将其添加到你最后已知的位置,从而看到你现在的位置。

这里展示了一个简化的二维死算的例子。

惯性导航(INS)死记硬背

 

您可以看到,INS 最初是静止的,并且与图像成直角对齐,其 x 轴指向上方。然后,图像显示了其他三个位置以及它们之间的传感器记录的信息。当然,实际上,INS 每秒更新其位置数十或数百次,但是在本例中,仅在发生关键变化时才显示位置更新,以便于理解。

因此,在时间为零时,INS 是静止的(并且不知道它在哪里)。然后,X 轴加速度计上出现 5 m/s² 的加速度 1 秒,其速度为 5 m/s(或 18 km/h)。随后立即完全停止运行 - 在 0.5 秒内检测到 -10 m/s² 的加速度。由于其他传感器上没有记录其他测量值,因此捷联式导航仪可以轻松地确定它沿 x 轴方向移动了 3.75 米。同样,此时 INS 不知道它在哪里,因为我们没有提供任何位置信息。

只要INS停在位置更新1处,z轴陀螺仪就会检测到一个90°/s的值,持续0.5秒;因此它知道它刚刚向顺时针方向转了45°。同样,当该运动完成后,INS再次在X轴加速度计上看到加速度。这次是1米/秒²,持续10秒,然后是-5米/秒²,持续2秒。使用与之前相同的技术,INS 可以计算出它现在已经以 45°角从位置更新 1 时的位置再往前移动了 60 米。这就是前面我们说到INS的位置更新是相对于最后一个已知位置而言的。
最后的移动与之前的移动是不同的。在位置更新2的时候,你可以看到INS已经旋转了,所以它的方向和最初的方向是一样的。然而,当它向位置3移动时,我们可以看到INS现在正与其测量轴(IMU框架)成一定角度移动--它正以135°的方位向后和向右移动。

由于此运动,同时在 x 轴和 y 轴上录得加速度。也没有引起 INS 停止的负加速度 - 因此,尽管加速度计上的测量值在 1 秒后降为零,但导航计算机知道该装置仍然具有速度。在这种情况下,它以 7.07 m/s(约 25 km/h)的速度运动,位置更新 3 发生在 INS 离开位置更新 2 后 1.5 秒。此时,INS 覆盖了 7.95 米。

和所有事物一样,惯性导航也有它的优点和缺点。为了获得最精确的位置、方向和动态测量,其中最重要的一点就是漂移

这是我们 "什么是惯性导航系统"系列文章之一。'系列中的一篇。

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