IMU/捷联惯导常见的术语，以及性能评价标准（附Python解析代码）

0. 简介

现在的机器人领域在普遍使用IMU（惯性导航单元）。该系统有三个加速度传感器与三个角速度传感器（陀螺）组成，加速度计用来感受飞机相对于地垂线的加速度分量，陀螺仪用来感知飞机的角速率变化；通过算法融合来计算出飞行器姿态，也用来进行航位推算。而每次我们拿到一个惯性导航的时候会发现参数手册中有很多信息，而这些信息的好坏要怎么评判是比较关键的。下面我们来一一讲解。

1. 最大零点偏移

1.1 含义

IMU（惯性测量单元）的最大零点偏移是指在没有外部力或加速度作用下，IMU输出的测量值与真实值之间的差异。它是由于传感器的制造误差、温度变化、机械振动等因素引起的。

IMU的最大零点偏移是一个统计值，表示在一定的置信水平下，IMU输出值与真实值之间的最大差异。

1.2 指标

对于低成本的消费级IMU，其最大零点偏移范围可能在几个百分比以内，例如加速度计的零点偏移范围可能在±2%以内（对应就是±20mg），陀螺仪的零点偏移范围可能在±5°/s以内。

高精度的工业级或航空航天级IMU，其最大零点偏移范围会更小，通常在几个千分比以内。例如，加速度计的零点偏移范围可能在±0.1%（对应就是±1mg）以内，陀螺仪的零点偏移范围可能在±0.1°/s以内

2. 温度偏移

2.1 含义

IMU的温度偏移是指在不同温度下，IMU输出的测量值与真实值之间的差异。温度偏移是由于传感器的温度敏感性引起的，温度变化会影响传感器的性能和精度。

温度偏移通常以每度或每十度为单位，例如每度的温度偏移为X，表示每增加或减少1度时，IMU输出值可能会相应地增加或减少X。

2.2 指标

消费级IMU的温度偏移范围可能在几个百分比以内，例如加速度计的温度偏移范围可能在±0.2%(对应就是±2mg)以内，陀螺仪的温度偏移范围可能在±0.5°/s以内。

而高精度的工业级或航空航天级IMU的温度偏移范围会更小，通常在几个千分比以内。例如，加速度计的温度偏移范围可能在±0.05%(对应就是±0.5mg)以内，陀螺仪的温度偏移范围可能在±0.1°/s以内。

3. 零偏稳定性

3.1 含义

在零输入状态下的长时间稳态输出是一个平稳的随机过程，即稳态输出将围绕均值（零偏）起伏和波动，习惯上用均方差来表示，这种均方差被定义为零偏稳定性。

零偏漂移是指IMU测量值与真实值之间的偏差随时间的变化。通常，零偏漂移以每小时、每分钟或每秒钟的角度或速度单位来表示。

3.2 指标

加速度计：一般来说，高精度的加速度计的零偏稳定性可以达到几微米每秒平方（µg）级别。典型的高性能加速度计的零偏漂移可能在1 µg或更低。

陀螺仪：高精度的陀螺仪的零偏稳定性一般在几度每小时（°/hr）或更低。典型的高性能陀螺仪的零偏漂移可能在0.01°/hr或更低。

4. 灵敏度

4.1 含义

IMU的灵敏度是指传感器对于输入信号的变化的响应能力。对于加速度计来说，灵敏度表示单位输入加速度变化对应的传感器输出变化；对于陀螺仪来说，灵敏度表示单位输入角速度变化对应的传感器输出变化。

4.2 指标

加速度计：一般的加速度计灵敏度范围可达到几百到几千mV/g（毫伏每重力单位）。高精度的加速度计可能具有更低的灵敏度，可达到几十到几百mV/g。

陀螺仪：一般的陀螺仪灵敏度范围可达到几十到几百mV/°/s（毫伏每度每秒）。高精度的陀螺仪可能具有更低的灵敏度，可达到几到几十mV/°/s。

5. 比例因子误差

…详情请参照古月居