航姿参考(AHRS)和惯性导航系统(INS)

1、航姿参考(AHRS)

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。

航姿参考系统AHRS包括基于MEMS的三轴陀螺仪，加速度计和磁强计。航姿参考系统与惯性测量单元IMU的区别在于，航姿参考系统（AHRS）包含了嵌入式的姿态数据解算单元与航向信息，惯性测量单元（IMU）仅仅提供传感器数据，并不具有提供准确可靠的姿态数据的功能。目前常用的航姿参考系统（AHRS）内部采用的多传感器数据融合进行的航姿解算单元为卡尔曼滤波器。

SBG Systems公司Ellipse-A是一款小型化、高性能基于MEMS 的姿态参考系统。它包括了一个惯性测量单元（IMU）和运行一个增强的扩展卡尔曼滤波（EKF），提供姿态（俯仰，横滚，航向）、升沉等数据。Ellipse-A 共有3 个版本，BOX 版、小尺寸OEM 版以及体积小的Micro版，BOX版和OEM版只是在封装以及接口外形有区别，Micro 版将惯导的接口做成通用接口，方便接线以及调试，三者测量精度方面无区别。

SBG Systems公司Ellipse-A航姿参考系统AHRS特点
（1）极低噪音的陀螺仪
（2）1~200Hz 的数据输出频率
（3）-40~85℃全温范围测试以及校准
（4）有众多的测量运动模型可供选择（飞机、无人机、车辆、船、重型机械等）

2、惯性导航系统(INS)

航姿参考(AHRS)和惯性导航系统(INS) 原理：

惯性导航系统至少包括计算机及含有加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台（或模块）。开始时，有外界（操作人员及全球地定系统接收器等）给惯性导航系统提供初始位置及速度，此后惯性导航系统通过对运动传感器的信息进行整合计算，不断更新当前位置及速度。 INS 的优势在于给定了初始条件后，不需要外部参照就可确定当前位置、方向及速度。通过检测系统的加速度和角速度，惯性导航系统可以检测位置变化（如向东或向西的运动），速度变化（速度大小或方向）和姿态变化（绕各个轴的旋转）。它不需要外部参考的特点使它自然地不受外界的干扰或欺骗。

陀螺在惯性参照系中用于测量系统的角速率。通过以惯性参照系中系统初始方位作为初始条件，对角速率进行积分，就可以时刻得到系统的当前方向。这可以想象成被蒙上眼睛的乘客坐在汽车中，感觉汽车左转、右转、上坡、下坡，仅根据这些信息他知道了汽车朝哪里开，但不知道汽车是快，是慢或是否汽车滑向路边。

加速度计在惯性参照系中用于测量系统的线加速度，但只能测量相对于系统运动方向的加速度（由于加速度计与系统固定并随系统转动，不知道自身的方向）。这可以想象成一个被蒙上眼睛的乘客在汽车加速时向后挤压座位，汽车刹车时身体前倾，汽车加速上坡时下压座位，汽车越过山顶下坡时从座位上弹起，仅根据这些信息，乘客知道汽车相对自身怎样加速，即向前、向后、向上、向下、向左 或向右，但不知道相对地面的方向。

然而，通过跟踪系统当前角速率及相对于运动系统测量到的当前线加速度，就可以确定参照系中系统当前线加速度。以起始速度作为初始条件，应用正确的运动学方程，对惯性加速度进行积分就可得到系统惯性速率，然后以起始位置座作初始条件再次积分就可得到惯性位置。

航姿参考(AHRS)和惯性导航系统(INS)传感器的小误差会随时间累积成大误差，其误差大体上与时间成正比，因此需要不断进行修正。现代惯性导航系统使用各种信号（例如全球定位系统及磁罗盘等）对其进行修正，采取控制论原理对不同信号进行权级过滤，保证惯性导航系统的精度及可靠性。

航姿参考(AHRS)和惯性导航系统(INS) 有各自的优点和缺点，在实际运用中，技术人员通常把航姿参考(AHRS)和惯性导航系统(INS) 组合起来使用，发挥各自的优势，相互修正和补充，以便达到zui佳的性能。

Honeywell惯性测量单元IMU-HG4930|HG1120|HGuide N380

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