惯性测量单元在室内盲区导航技术上的运用

惯性测量单元英文全称Inertial Measurement Unit,即我们熟知的IMU。IMU通常由加速度传感器和陀螺仪组成,根据实际测量需要可增加相关检测功能的元件。

  室内盲区导航是指在卫星定位信号较弱或者无法通过接收定位信号而获取准确位置信息的建筑屋内,采用惯性测量单元(IMU)对目标的运动状态进行监测,进而由运动方程和相关数据计算得到其相对室内的位置。盲区导航是对GPS模块定位技术缺陷上的一种补充,结合GPS模块测得的区域位置数据和IMU测量的相对该区域的位置信息,能弥补在暂时性的卫星定位缺失情况下,持续对目标保持定位跟踪的缺陷。

  惯性测量单元

  惯性测量单元英文全称Inertial Measurement Unit,即我们熟知的IMU。IMU通常由加速度传感器和陀螺仪组成,根据实际测量需要可增加相关检测功能的元件。惯性测量单元能通过其上的加速度传感器和陀螺仪分别对运动在三维空间物体的各个轴加速度和角速度进行测量,通过加速度值和运动的初始条件能解算得到物体的运动轨迹及位置;而利用角速度和初始条件可以得到该物体的转动姿态;最后通过运动合成法则将分运动进行合成,就能得到该物体各个时刻的运动状态。


  以上便是惯性测量单元运动检测的原理,惯性测量单元应用广泛,除了可进行盲区导航和轨迹推算外,还可以用于姿态检测控制、车辆检测、航天发射检测等诸多运动测量应用中。


上图为IMU测量模块,图中红色标记指示为SENtral芯片

  室内盲区导航技术

  在科幻电影中我们经常能见到这样的画面,利用高科技的跟踪监测装备,通常能对远距离某一楼层中的追踪目标的任何活动情况进行监视,哪怕是一个微小的动作。当然如今的科技虽然还不能做到如此先进的程度,但是追踪目标室内基本运动和轨迹还是绰绰有余的。


将带有SENtral芯片的测量模块封装后,并配合相关软件进行室内导航演示图

  下面以基于PNI公司推出的SENtral传感器中枢的IMU模块进行室内盲区导航的实例,对定位原理进行介绍:


上图为实际室内测量图,右侧部分为通过相关软件在平板电脑上测试图

  同大部分IMU一样,该模块主要包含了加速度传感器、陀螺仪和一个内置有9轴运动算法的SENtral芯片组成。该芯片能对传感器测量的数据加以处理,通过自身的算法芯片得到精确的四元数,便于进行准确的定位。

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