惯性测量单元姿态融合的动态分析*

谢 敏，赵来定，王召文

(1.南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京210003；2.南京邮电大学 通信与网络技术国家地方联合工程研究中心，江苏 南京210003)

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微机电系统内部集成了动态传感器、数字信号处理模块、串口通信等模块，是信息技术和机械工程的结合[1]。目前，微机电传感器具有成本低、体积小、功耗低、可靠性高等优势，广泛用于高智能化的行业中。因此，惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)常采用微机电传感器。

惯性测量单元应用广泛，远至国家军事防御，近至日常智能设备。惯性测量单元可以测量装置或载体自身的加速度、角度等状态数据，一般通过加速度计等传感器进行测量。其中，陀螺仪用于测量设备自身的旋转运动。加速度计用于测量装置或载体的受力情况[2]。磁力计用于确定设备所处的方位。

陀螺仪易受温度、摩擦等因素的影响，存在误差，即零点漂移。加速度计的实时性较差，不能快速、准确做出响应，存在测量噪声。在短时间内，加速度计数据可信度较差；相反，陀螺仪的加速度数据在短时间内可信度较强，而长时间工作后，会因漂移产生测量误差。磁力计只针对水平情况下方位角的测量，且易受周围环境影响，可信度单一。因此，需要有效结合传感器，提高数据可信度。

现有的惯性器件处理算法，利用互补滤波算法修正陀螺仪的值，椭圆拟合解算得到运动载体的航向角[3]；Mahony互补滤波方法可以提高解算精度[4]；在捷联惯导的初始对准方面有维纳滤波、卡尔曼滤波[5]，在最优化算法方面有梯度下降法[6]、Newton法等。……