硬件电路设计之“IMU简介”

[导读]本文主要介绍IMU的组成、原理、应用及厂家等等。IMU（Inertialmeasurementunit，惯性测量单元），由于所有的运动都可以分解为一个直线运动和一个旋转运动，这个惯性测量单元就是测量这两种运动的，直线运动通过加速度计（accelerometer、gsensor）可...

本文主要介绍IMU的组成、原理、应用及厂家等等。
IMU（Inertial measurement unit，惯性测量单元），由于所有的运动都可以分解为一个直线运动和一个旋转运动，这个惯性测量单元就是测量这两种运动的，直线运动通过加速度计（accelerometer、gsensor）可以测量，旋转运动则通过陀螺仪（gyroscope）进行测量。同理也可以理解为一个解决速度问题，一个解决方向问题，加速度计能测量出三轴的加速度，陀螺仪能测量出X，Y，Z三轴的角速度。常见的IMU有六轴的、七轴的、九轴的等等，六轴的包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，七轴的包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和气压计，九轴的包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。
相对于传统的六轴IMU，增加气压计用于修正高度，磁力计用于修正姿态。同时还有外部增加GPS用于修正位置的长期漂移。IMU有两个重要的特性，第一是更新频率高，工作频率可以达到100Hz以上，可以提供接近实时的位置信息；第二是短时间内的推算精度高，不会有太大的误差。但是IMU的缺点是会产生误差积累，运动误差会随时间增加而增加，所以IMU只能短时定位，提供的是一个相对的定位信息，它的作用是测量相对于起点物体所运动的路线，所以它并不能提供你所在的具体位置的信息，因此，它常常和GPS一起使用，当在某些GPS信号微弱的地方时，IMU就可以发挥它的作用，可以让运动物体继续获得绝对位置的信息。现在通用的办法是结合GPS和IMU来进行来定位，一方面，IMU弥补了GPS更新频率较低的缺陷；另一方面，GPS反过来纠正了IMU的运动误差累积。根据不同的使用场景，对IMU的精度有不同的要求，精度高，也意味着成本高。

普通的消费级电子产品所使用的IMU都是低精度且十分廉价的IMU，这种IMU普遍应用于手机、运动手环等等，通常用于记录行走的步数，以及一些可穿戴设备、物联网等等的应用。

像无人机、机器人之类的也都需要高精度、高性能的IMU。

像无人驾驶所使用到的IMU，精度相对高一些，价格相对贵一些（比如自动驾驶中常用的NovAtel的IMU就能达到几十万），这主要取决于无人驾驶汽车对定位精度的要求。

精度更高的IMU会用于导弹或航天飞机。比如导弹从发射到击中目标，IMU可以达到极高精度的推算，误差甚至可以小于一米。

常见的一些IMU芯片厂家主要有：国外的Bosch、ST、InvenSense、ADI等等，国内的新势力主要有深迪、智腾、矽睿等等，IMU模组厂家就太多太多了，从国外的NovAtel到国内的北斗星通等等，数不胜数。实际应用中可以根据使用场景进行选择，如果注重体积，可以直接采用芯片设计，如果注重使用的便利性，可以直接采用模组。