25、车辆在高低估计率下的定位技术研究

车辆在高低估计率下的定位技术研究

1 惯性测量单元原理

惯性测量单元（IMU）通常由三轴正交加速度计和三轴正交陀螺仪组成。

1.1 加速度计

加速度计用于测量 x、y 和 z 轴的加速度，它测量的是传感器在机体坐标系 b 中的比力 f，其表达式为：
[f^b = R_{bn}(a^n - g^n)]
其中，$R_{bn}$ 是从导航坐标系到机体坐标系的旋转矩阵，$g^n$ 表示重力向量，$a^n$ 表示传感器在导航坐标系中的线加速度。

$a^n$ 可进一步表示为：
[a^n = a_b^n + 2\omega_{ie}^n + V_n^n + \omega_{ie}^n \times \omega_{ie}^n \times p^n]
这里，$a_b^n$ 是感兴趣的加速度，$2\omega_{ie}^n + V_n^n$ 是科里奥利加速度，$\omega_{ie}^n \times \omega_{ie}^n \times p^n$ 是离心加速度，$V_n^n$ 是车辆在导航坐标系中的速度。在本应用中，由于科里奥利加速度与加速度计的测量值相比幅度较小，可忽略不计，离心加速度可认为被吸收在局部重力项中，因此 $a^n = a_b^n$。

1.2 陀螺仪

陀螺仪用于测量车辆的横滚、偏航和俯仰姿态变化，它测量的是机体坐标系（车辆坐标系）相对于惯性坐标系的角速度，用 $\omega_{ib}^b$ 表示，其表达式为：
[\omega_{ib}^b = R_{bn}(\omega_{ie}^n + \omega_{en}^n) + \omega_{nb}^b]