在做慣性導(dǎo)航模塊或者飛控的時(shí)候第一件事就是器件的選取，這個(gè)是第一步也是很重要的一步，因?yàn)樗粌H關(guān)系到硬件成本還關(guān)乎到你最終產(chǎn)品的性能。

IMU是一個(gè)集成的傳感器套件，結(jié)合了多個(gè)加速度計(jì)和陀螺儀，可以相對(duì)于慣性參考系進(jìn)行比力和角速度的三維測(cè)量。然而，近年來(lái)，IMU一詞已成為一個(gè)統(tǒng)稱，用于描述各種慣性系統(tǒng)，包括姿態(tài)航向參考系統(tǒng)（AHRS）和INS。IMU本身不提供任何類(lèi)型的導(dǎo)航解決方案（位置、速度、姿態(tài)）。INS集成了內(nèi)部IMU的測(cè)量，提供導(dǎo)航解決方案。

通常情況下，慣性傳感器可以分為以下三個(gè)性能類(lèi)別。

航海級(jí)和導(dǎo)航級(jí)慣導(dǎo)系統(tǒng)：大型、準(zhǔn)確且昂貴

航海級(jí)慣導(dǎo)系統(tǒng)是商用最高級(jí)別的傳感器，用于船舶、潛艇，偶爾用于航天器上。該系統(tǒng)可提供漂移小于1.8km/天的無(wú)輔助導(dǎo)航解決方案。這些傳感器的成本高達(dá)100萬(wàn)美元。

導(dǎo)航級(jí)慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能略低于航海級(jí)慣導(dǎo)系統(tǒng)，通常用于商用客機(jī)和軍用飛機(jī)。其漂移量小于1.5km/h，其價(jià)格高達(dá)10萬(wàn)美元。

戰(zhàn)術(shù)級(jí)和工業(yè)級(jí)慣性傳感器：對(duì)于主力應(yīng)用價(jià)值很高

戰(zhàn)術(shù)級(jí)和工業(yè)級(jí)傳感器是這三類(lèi)傳感器中最為多樣化的，可解決各種性能和成本情況，其市場(chǎng)機(jī)遇是巨大的。該類(lèi)別用于許多需要以較低成本獲得高性能數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)的應(yīng)用，常見(jiàn)于自動(dòng)割草機(jī)、送貨機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人和自主航行船舶。雖然成本較低，但購(gòu)買(mǎi)者需要在準(zhǔn)確性、性能、尺寸和質(zhì)量方面付出代價(jià)。

汽車(chē)級(jí)和消費(fèi)級(jí)傳感器：商品應(yīng)用

在商業(yè)市場(chǎng)上，IMU的最低等級(jí)被稱為汽車(chē)級(jí)。這些傳感器通常以單獨(dú)的加速度計(jì)或陀螺儀的形式出售。許多公司已經(jīng)開(kāi)始將來(lái)自不同制造商的多個(gè)加速計(jì)和陀螺儀結(jié)合起來(lái)，以創(chuàng)建獨(dú)立的IMU單元。即使與GPS等其他導(dǎo)航系統(tǒng)集成在一起，汽車(chē)級(jí)IMU也不夠精確，不足以用于慣性導(dǎo)航。這些傳感器常用于懸架系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、娛樂(lè)系統(tǒng)和其他類(lèi)似應(yīng)用。這是所有傳感器中成本最低的，每個(gè)傳感器約為100美元。

而具體選取傳感器件時(shí)，無(wú)外乎要關(guān)注如下3個(gè)方面，然后根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

1、傳感器的精度參數(shù)

2、傳感器對(duì)應(yīng)的價(jià)格且是否好購(gòu)買(mǎi)

3、對(duì)應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)難度

陀螺儀的選?。?/p>

下面介紹幾個(gè)在陀螺儀選取過(guò)程中比較關(guān)注的幾指標(biāo)：

1、量程

量程是我們?cè)谶x用傳感器的時(shí)候首先就要確定的！你選的傳感器的是用來(lái)干什么的，一般的飛控，慣導(dǎo)系統(tǒng)選擇在300度/s，450度/秒就可以了，其他的根據(jù)自己的使用場(chǎng)景做選擇，比如說(shuō)一些高精度平臺(tái)要的量程小一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的精度會(huì)高一些。

2、零偏穩(wěn)定性

零偏是指陀螺儀在零輸入狀態(tài)下的輸出，其用較長(zhǎng)時(shí)間輸出的均值等效折算為輸入角速率來(lái)表示，也就是觀測(cè)值圍繞零偏的離散程度，比如0.005degree/sec表示每秒會(huì)漂0.005degree。在零輸入狀態(tài)下的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)輸出是一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，即穩(wěn)態(tài)輸出將圍繞均值（零偏）起伏和波動(dòng)，習(xí)慣上用均方差來(lái)表示，這種均方差被定義為零偏穩(wěn)定性。而初始零偏誤差可以理解為靜態(tài)誤差，它不會(huì)隨時(shí)間的波動(dòng)，可以用過(guò)軟件校準(zhǔn)。

3、刻度因子（標(biāo)度因數(shù)）

是指陀螺儀輸出量與輸入角速率的比值。這個(gè)比值是用一特定的直線斜率表示的，該直線是根據(jù)整個(gè)輸入角速率范圍內(nèi)測(cè)得的輸入、輸出數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合求得可以用過(guò)軟件校準(zhǔn)。

4、角度隨機(jī)游走

當(dāng)陀螺儀處于零輸入狀態(tài)時(shí)，脫落的輸出信號(hào)為白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加。漫變隨機(jī)函數(shù)可用來(lái)確定零偏和零偏穩(wěn)定性指標(biāo)，白噪聲定義為單位檢測(cè)帶寬平方根下等價(jià)旋轉(zhuǎn)角速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，單位（degree/sec/√Hz或degree/hr/√Hz）。這個(gè)白噪聲也可以用單位為degree/√Hz的角度隨意游走系數(shù)來(lái)表示，隨機(jī)游走系數(shù)是指由白噪聲產(chǎn)生的隨時(shí)間積累的陀螺儀輸出誤差系數(shù)。當(dāng)外界條件基本不變?cè)姡梢哉J(rèn)為上面所分析的各種噪聲的主要統(tǒng)計(jì)特性是不隨時(shí)間推移而變化的。

5、抗振性

對(duì)于陀螺儀的性能參數(shù)，大部分設(shè)計(jì)師第一個(gè)要關(guān)注的就是零偏穩(wěn)定性，長(zhǎng)久以來(lái)它被視為陀螺儀規(guī)格的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，畢竟它是描述陀螺儀分辨率的下限理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖欠磻?yīng)陀螺儀性能的最佳指標(biāo)！然而實(shí)際中陀螺儀會(huì)因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)誤差導(dǎo)致用戶無(wú)法獲得與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)上宣稱的指標(biāo)參數(shù)。實(shí)際上很多性能參數(shù)都是可以在后續(xù)的校準(zhǔn)算法中得到改善的如零偏，刻度因子，正交軸誤差，溫度漂移。

選擇陀螺儀時(shí)，需要考慮將最大誤差源最小化。在大多數(shù)應(yīng)用中，振動(dòng)敏感度是最大的誤差源。其它參數(shù)可以輕松地通過(guò)校準(zhǔn)或求取多個(gè)傳感器的平均值來(lái)改善。零偏穩(wěn)定性是誤差預(yù)算較小的分量之一。

在理想狀態(tài)下陀螺儀僅僅只需要測(cè)量旋轉(zhuǎn)速率，但在實(shí)際的應(yīng)用中所有的陀螺都有儀都有一定的加速度敏感度，加速度敏感度有多種外在表現(xiàn)，最顯著的通常是對(duì)線加速度（g敏感度）或?qū)φ駝?dòng)的敏感度（g2敏感度），由于多數(shù)陀螺儀應(yīng)用所處的設(shè)備是繞地球的1g重力場(chǎng)運(yùn)動(dòng)和/或在其中旋轉(zhuǎn)，因此對(duì)加速度的敏感度常常是最大的誤差源。

成本極低的陀螺儀一般采用極其簡(jiǎn)單緊湊的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗振性能未經(jīng)優(yōu)化(它優(yōu)化的是成本)，因而振動(dòng)可能會(huì)造成嚴(yán)重影響。1000°/h/g(或0.3°/s/g)以上的g敏感度也不足為奇，比高性能陀螺儀差10倍以上!對(duì)于這種陀螺儀，零偏穩(wěn)定性的好壞并無(wú)多大意義，陀螺儀在地球的重力場(chǎng)中稍有旋轉(zhuǎn)，就會(huì)因?yàn)間和g2敏感度而產(chǎn)生巨大的誤差。一般而言，此類(lèi)陀螺儀不規(guī)定振動(dòng)敏感度——默認(rèn)為非常大。

當(dāng)然在實(shí)際的一些應(yīng)用中很多人會(huì)在器件中增加一個(gè)機(jī)械抗振件，抗振件的設(shè)計(jì)也不是一件簡(jiǎn)單的事，因?yàn)樗趯掝l率范圍內(nèi)的響應(yīng)并不是平坦的，在低頻時(shí)尤其差，并且其減震特性會(huì)隨著溫度和使用時(shí)間變化。

所以在大部分應(yīng)用中陀螺儀的選取過(guò)程中抗振性是其中非常關(guān)鍵的指標(biāo)了。

加速度計(jì)的選取：

加速度計(jì)能測(cè)量加速度，傾斜，振動(dòng)或沖擊，因此適用于從可穿戴健身裝置到工業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)上有成百上千的加速度計(jì)可供選擇，其成本和性能各不相同。加速度計(jì)目前行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有給出具體的行業(yè)界定標(biāo)準(zhǔn)。

在加速度計(jì)的選取中要關(guān)注的幾個(gè)參數(shù)是：量程，噪聲密度，隨機(jī)游走，運(yùn)動(dòng)中的偏置穩(wěn)定度，帶寬這幾個(gè)參數(shù)和陀螺儀的都差不多。

在選取傳感器的時(shí)候我們經(jīng)常會(huì)看到消費(fèi)級(jí)，工業(yè)級(jí)這樣的字眼，消費(fèi)級(jí)加速度計(jì)和IMU中集成的中檔工業(yè)級(jí)加速度計(jì)的主要區(qū)別可以參考下圖示例：

工業(yè)級(jí)MEMS器件對(duì)所有已知潛在誤差源進(jìn)行了全面的測(cè)定，精度比消費(fèi)級(jí)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。