轉載自： 陀螺儀

陀螺儀，測量角速度，具有高動態特性，它是一個間接測量角度的器件。它測量的是角度的導數，即角速度，要將角速度對時間積分才能得到角度。

陀螺儀就是內部有一個陀螺，它的軸由于陀螺效應始終與初始方向平行，這樣就可以通過與初始方向的偏差計算出旋轉方向和角度。傳感器MPU6050實際上是一個結構非常精密的芯片，內部包含超微小的陀螺。

如果這個世界是理想的，美好的，那我們的問題到此就解決了，從理論上講只用陀螺儀是可以完成姿態導航的任務的。只需要對3個軸的陀螺儀角速度進行積分，得到3個方向上的旋轉角度，也就是姿態數據。這也就是說的快速融合。

不過很遺憾，現實是殘酷的，由于誤差噪聲等的存在，對陀螺儀積分并不能夠得到完全準確的姿態，尤其是運轉一段時間以后，積分誤差的累加會讓得到的姿態和實際的相差甚遠。

那么哪些原因會使陀螺儀得到的姿態結果不準確呢？下面列舉除常見的幾種：

零點漂移

假設陀螺儀固定不動，理想角速度值是0dps(degree per second)，但是存在零點漂移，例如有一個偏置0.1dps加在上面，于是測量出來是0.1dps，積分一秒之后，得到的角度是0.1度，1分鐘之后是6度，還能忍受，一小時之后是360度，轉了一圈，也就是說，陀螺儀在短時間內有很大的參考價值。

白噪聲

電信號的測量中，一定會帶有白噪聲，陀螺儀數據的測量也不例外。所以獲得的陀螺儀數據中也會帶有白噪聲，而且這種白噪聲會隨著積分而累加。

溫度/加速度影響

陀螺儀是一個溫度和加速度敏感的元器件。例如對于加速度，多軸飛行器中的馬達一般會帶來較強烈的振動，一旦減震控制不好，就會在飛行過程中產生很大的加速度，必會帶來陀螺輸出的變化，引入誤差。這就是在陀螺儀數據手冊上常見的deg/sec/g指標。

積分誤差

對陀螺儀角速度的積分是離散的，長時間的積分會出現漂移的情況。所以要考慮積分誤差的問題。

這是由于陀螺儀測量姿態存在這么多的誤差，所以我們必須要使用其它傳感器輔助校正，其中最重要的就是下面的加速度傳感器。

加速度計的低頻特性好，可以測量低速的靜態加速度。在我們的飛行器上，就是對重力加速度g（也就是前面說的靜態加速度）的測量和分析，其它瞬間加速度可以忽略。記住這一點對姿態解算融合理解非常重要。

當我們把加速度計拿在手上隨意轉動時，我們看的是重力加速度在三個軸上的分量值。加速度計在自由落體時，其輸出為0。為什么會這樣呢？這里涉及到加速度計的設計原理：加速度計測量加速度是通過比力來測量，而不是通過加速度。

加速度計僅僅測量的是重力加速度，3軸加速度計輸出重力加速度在加速度計所在機體坐標系3個軸上的分量大小。重力加速度的方向和大小是固定的。通過這種關系，可以得到加速度計所在平面與地面的角度關系.

加速度計若是繞著重力加速度的軸轉動，則測量值不會改變，也就是說加速度計無法感知這種水平旋轉。

有關陀螺儀和加速度計和關系，姿態解算融合的原理，再把下面這個比喻放到這里一遍。

機體好似一條船，姿態就是航向（船頭的方位），重力是燈塔，陀螺（角速度積分）是舵手，加速度計是瞭望手。舵手負責估計和把穩航向，他相信自己，本來船向北開的，就一定會一直往北開，覺得轉了90度彎，那就會往東開。當然如果舵手很牛逼，也許能估計很準確，維持很長時間。不過只信任舵手，肯定會迷路，所以一般都有瞭望手來觀察誤差。

瞭望手根據地圖燈塔方位和船的當前航向，算出燈塔理論上應該在船的X方位。然而看到實際燈塔在船的Y方位，那肯定船的當前航向有偏差了，偏差就是ERR=X-Y。舵手收到瞭望手給的ERR報告，覺得可靠，那就聽個90%ERR，覺得天氣不好、地圖誤差大，那就聽個10%ERR，根據這個來糾正估算航向。

MPU-60x0是全球首例9軸運動處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀，3軸MEMS加速度計，以及一個可擴展的數字運動處理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口連接一個第三方的數字傳感器，比如磁力計。擴展之后就可以通過其I2C或SPI接口輸出一個9軸的信號（SPI接口僅在MPU-6000可用）。MPU-60x0也可以通過其I2C接口連接非慣性的數字傳感器，比如壓力傳感器。