惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)基于牛顿运动定律,通过测量加速度和角速度来计算航空器的位置、速度和姿态信息。过去几十年,惯导系统广泛应用于航空、航海、卫星等领域,可协助设备实现高精度的导航、姿态和稳定控制。而微惯导(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)则是惯性导航系统的微型化版本,通常由微型加速度计和陀螺仪组成,具有小型化、低功耗和低成本等优势。近年来,由于无人机、机器人、智能手持设备等大量小型应用场景都需要进行姿态解算和动态控制,基于微惯导的各种应用正如火如荼地展开。

在微惯导技术中,不同的误差来源会对姿态解算的精度产生不同的影响。通常来说,以下三个误差是微惯导中最主要的误差:
- 零偏误差:零偏误差是陀螺仪的一个固有误差,可能由于陀螺仪的不稳定性、温度变化、机械冲击等因素引起。由于零偏误差不随时间变化,因此在微惯导应用中它对姿态解算的影响较大。为了减小零偏误差对姿态解算的影响,需要对陀螺仪进行零偏校准和温度补偿。
- 静态误差:静态误差是指在静止状态下,微惯导输出的姿态信息与实际姿态存在偏差。静态误差主要受到加速度计零偏、陀螺仪漂移等因素的影响。由于静态误差与姿态变化无关,因此在微惯导应用中它也会对姿态解算的精度产生较大的影响。
- 动态误差:动态误差是指在运动状态下,微惯导输出的姿态信息与实际姿态存在偏差。动态误差主要受到加速度计和陀螺仪的非线性、温度漂移等因素的影响。由于动态误差与姿态变化有关,因此在微惯导应用中它对姿态解算的精度也会产生较大的影响。
此外,其他误差如比例因子误差、缩放因子误差和外界干扰等也会对微惯导的精度产生一定的影响。
为了减小微惯导的误差,一般采取校准、温度补偿、滤波、机械冲击测试等措施,提高微惯导的精度。同时,可以引入其他传感器(如磁力计)综合多个传感器进行姿态解算,以提高精度和抵抗干扰。
近年来,深度学习的兴起为我们解决微惯导的误差问题提供了一些新的思路。
深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法,可以从多源数据中学习特征,并自适应地调整模型参数,从而提高模型的预测精度。
在微惯导定位中,深度学习算法可以用于对数据进行处理和分析。例如,深度学习算法可以学习传感器数据的统计特性,并对数据进行滤波和预处理。此外,深度学习算法还可以从多个传感器(如视频摄像头等)数据中提取特征,并将它们组合起来用于精确的位置预测。
深度学习算法在微惯导定位中还可以用于解决动态环境下的问题。例如,行人在步行时的运动轨迹与驾驶员的车辆轨迹显然是不同的。深度学习算法可以识别行人的运动轨迹,自主学习行人的运动特征,从而进一步提高微惯导定位的精度。
同时,深度学习算法还可以使用预测模型来纠正微惯导的漂移误差。这可以通过将微惯导的输出与GPS和蓝牙信号的数据进行比较来实现。