什么是IMU?AHRS是什么?惯性导航是什么?它们之间有什么区别,RTK和GPS有什么区别

什么是IMU?AHRS是什么?惯性导航是什么?它们之间有什么区别,RTK和GPS有什么区别

什么是IMU?

惯性测量单元(英文:Inertial measurement unit,简称 IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的,一个IMU内会装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计,来测量物体在三维空间中的角速度和加速度,并以此解算出物体的姿态。为了提高可靠性,还可以为每个轴配备更多的传感器。一般而言IMU要安装在被测物体的重心上。IMU通常被并入惯性导航系统中,该系统利用原始IMU测量值来计算相对于全局参考系的姿态,角速度,线速度和位置。

AHRS是什么?

AHRS称为航姿参考系统包括多个轴向传感器,能够为飞行器提供航向,横滚和侧翻信息,这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。姿态和航向基准系统英文attitude and heading reference system 简写:AHRS)由在三个轴上提供传感器的姿态为飞机的信息,包括辊,俯仰和偏航。这些有时被称为MARG(磁性,角速度和重力)传感器,由固态或微机电系统(MEMS)陀螺仪,加速计和磁力计组成。它们旨在替代传统的机械陀螺 飞行仪。

IMU和AHRS的区别

惯性测量单元(IMU)与AHRS之间的主要区别在于AHRS中增加了车载处理系统,该系统可提供姿态和航向信息。这与IMU相反,IMU只是将传感器数据传送到计算姿态和航向的其他设备。通过传感器融合,陀螺仪积分的漂移由参考矢量(即重力和地磁场)补偿。这导致无漂移方向,使AHRS比传统的高级IMU(惯性测量单元)更具成本效益。)仅集成陀螺仪,并且依赖于陀螺仪的很高的偏置稳定性。除了确定姿态外,AHRS还可以构成惯性导航系统的一部分。

惯性导航

inertial navigation system (INS) 是一种导航使用的装置的计算机,运动传感器(加速度计)和旋转传感器(陀螺仪)通过连续地计算航位推算位置,取向,和速度的(移动的方向和速度)不需要外部参考的移动物体。通常,惯性传感器由气压高度计补充,有时还由磁传感器(磁力计)和/或速度测量设备补充。INS用于移动机器人并在车辆上,如船舶,飞机,潜艇,导弹和太空船。

惯性导航是一种独立的导航技术,其中由加速度计和陀螺仪提供的测量值用于跟踪对象相对于已知起点,方向和速度的位置和方向。惯性测量单元(IMU)通常包含三个正交速率陀螺仪和三个正交加速度计,分别测量角速度和线性加速度。通过处理来自这些设备的信号,可以跟踪设备的位置和方向。

惯性导航系统至少包括计算机和包含加速度计,陀螺仪或其他运动感应设备的平台或模块。最初从另一个来源(人类操作员,GPS卫星接收器等)获得INS的位置和速度以及初始方向,然后通过整合从运动传感器接收的信息来计算INS的更新位置和速度。INS的优点是,初始化后,无需外部参考即可确定其位置,方向或速度。

INS可以检测其地理位置的变化(例如,向东或向北移动),其速度的变化(速度和运动方向)以及方向的变化(绕轴旋转)。它通过测量应用于系统的线性加速度和角速度来实现。由于它不需要外部参考(初始化后),因此不受干扰和欺骗。

什么是RTK

实时动态技术(英语:Real Time Kinematic,RTK)是实时动态载波相位差分技术的简称,是一种通过基准站和流动站的同步观测,利用载波相位观测值实现快速高精度定位功能的差分测量技术。

RTK系统由1个基准站、若干个移动站及无线电通讯系统组成。作业时,在已知高等级点上安置1台接收机作为基准站,对GPS卫星进行连续观测,并将观测数据和测站信息通过无线电传输设备实时地发送给移动站,移动站接收机在接收GPS卫星信号和采集卫星数据的同时,通过无线接收设备接收来自基准站的数据链,并在系统内对采集和接收的2组数据进行载波相位差分处理,实时解算出流动站的三维坐标及其精度。使用RTK技术利用基准站和移动站之间观测误差的空间相关性,通过差分的方式除去移动站观测数据的大部分误差,从而实现高精度定位。

什么是载波相位测量?

简而言之,载波相位测量是指以载波频率周期为单位表示的卫星与接收机之间距离的度量。可以非常高的精度(毫米级)进行此测量,但是无法测量卫星和接收器之间的整个周期数。

什么是GPS,它如何工作?

全球定位系统(GPS)是一种导航系统,使用卫星,接收器和算法来同步空中,海上和陆地旅行的位置,速度和时间数据。

该卫星系统由在六个以地球为中心的轨道平面上的24颗卫星组成,每个平面上有四颗卫星,它们在地球上方13,000英里(20,000公里)处运转,并以8700英里/小时(14,000公里/小时)的速度运行。

虽然我们只需要三颗卫星就可以在地球表面上产生一个位置,但是通常使用第四颗卫星来验证来自其他三颗卫星的信息。第四颗卫星还将我们带入第三维,并允许我们计算设备的高度。

GPS的三个要素是什么?

GPS由三个不同的部分(称为段)组成,它们一起工作以提供位置信息。

GPS的三个部分是:

  • 太空(卫星)—环绕地球的卫星,根据地理位置和一天中的时间向用户发送信号。
  • 地面控制-控制段是由基于地球的监控站,主控制站和接地天线组成。控制活动包括跟踪和操作太空中的卫星以及监视传输。世界上几乎每个大陆都有监视站,包括北美和南美,非洲,欧洲,亚洲和澳大利亚。
  • 用户设备-GPS接收器和发射器,包括手表,智能手机和远程信息处理设备。

GPS技术如何运作?

GPS通过称为三边测量的技术工作。三边测量用于计算位置,速度和高度,它从卫星收集信号以输出位置信息。它经常被误认为是三角测量法,用于测量角度而不是距离。

绕地球轨道运行的卫星发送的信号将由位于地球表面或其附近的GPS设备读取和解释。为了计算位置,GPS设备必须能够读取至少四颗卫星的信号。

网络中的每颗卫星每天环绕地球两次,每颗卫星发送唯一的信号,轨道参数和时间。在任何给定的时刻,GPS设备都可以读取六颗或更多颗卫星的信号。

单个卫星广播一个微波信号,该微波信号被GPS设备捕获,并用于计算从GPS设备到卫星的距离。由于GPS设备仅提供有关到卫星的距离的信息,因此单个卫星无法提供很多位置信息。卫星不会发出有关角度的信息,因此GPS设备的位置可能在球体表面积的任何位置。

卫星发送信号时,会创建一个半径为从GPS设备到卫星的半径的圆。

当我们添加第二个卫星时,它将创建第二个圆,并将位置缩小到圆相交的两个点之一。

使用第三颗卫星,由于设备位于所有三个圆圈的交点,因此最终可以确定设备的位置。

也就是说,我们生活在一个三维世界中,这意味着每颗卫星都会产生一个球体,而不是一个圆。三个球的相交产生两个相交点,因此选择了距离地球最近的点。

可能会影响GPS准确性的一些因素包括:

物理障碍:到达时间的测量值可能会因山脉,建筑物,树木等较大物体而产生偏差。
大气影响:电离层的延迟,大范围的风暴覆盖和太阳风暴都会影响GPS设备。
星历表:卫星内的轨道模型可能不正确或已过时,尽管这种情况变得越来越罕见。
数值计算错误:如果设备硬件的设计不符合规范,这可能是一个因素。
人为干扰:这些干扰包括GPS干扰设备或欺骗。

GPS和RTK的区别

RTK是实时运动学的缩写。具有RTK功能的GPS接收器可接收来自全球导航卫星系统的正常信号以及校正流,以实现1厘米的位置精度。GNSS包括来自GPS(美国),GLONASS(俄罗斯),北斗(中国)和Galileo(欧洲)的卫星。在这些信号之上,RTK接收器接收RTCM校正流,然后实时以1cm的精度计算您的位置。

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