陀螺儀

測量敏感角運動的一種精密感測器，是慣性導航系統的中最重要、技術含量最高的儀器，是慣導系統中的核心器件。在干擾力矩的作用下陀螺儀產生的進動，使得自轉軸在慣性空間逐漸偏離原來的方位，這種現象稱之為漂移，零偏漂移就是零輸入（靜止）下的漂移。

加速度計

加速度本身難以直接測量，因此通過測量敏感質量塊上形成的慣性力，間接測量載體受到的加速度在慣性空間，加速度計無法區分慣性力和萬有引力。因此加速度計的輸出反映的是單位檢測質量所受的慣性空間的合力，即慣性力與萬有引力的向量和。

訊號融合

陀螺儀具精確但有零點漂移特性，其測量誤差會隨著時間的累加而不斷的累積，從而影響測量精度。因此，短時間測量應信任陀螺儀。加速度計一直受到平衡車振動的影響，混疊額外的高頻振動量干擾，但是漂移小。因此，長時間測量應信任加速度計。所以單一的感測器測量難以得到精確的姿態角度，需用多感測器訊號融合的方法，來獲得準確的姿態角度量。

標定

標定是計算修正偏移量的過程，得到偏移量後，在使用感測器時需要將感測器輸出資料減去偏移量，這樣才能得到修正後的資料。

標定有很多方法，比較簡單的一種方法，當然也是最不精確的一種方法是在靜止時取多次測得資料的平均值，標定後要將偏移量減去。

四元數與尤拉角

在3D圖形學中，最常用的旋轉表示方法便是四元數和尤拉角，比起矩陣來具有節省儲存空間和方便插值的優點。

根據尤拉旋轉定理，任何兩個座標系的相對定向，可以由一組四個數字來設定；其中三個數字是方向餘弦，用來設定特徵向量（固定軸）；第四個數字是繞著固定軸旋轉的角值。這樣四個數字的一組稱為四元數。

確定導彈（或飛機）在空間中的方向需要用三個角度，分別為偏航角、俯仰角和滾轉角，這三個角度通常稱為尤拉角，或彈體的姿態角。這三個角度是地面座標系與彈體座標系之間的角度關係，即地面座標系經過三次旋轉即可轉到彈體座標系。

MPU6050

MPU6050不只是簡簡單單整合了3軸陀螺儀、3軸加速器；其含可藉由第二個I2C埠連線其他廠牌之加速器、磁力感測器、或其他感測器的數位運動處理(DMP: Digital Motion Processor)硬體加速引擎，由主要I2C埠以單一資料流的形式，嚮應用端輸出完整的9軸融合演算技術。

InvenSense 的運動處理資料庫，可處理運動感測的複雜資料，降低了運動處理運算對作業系統的負荷，併為應用開發提供架構化的

關於量程和測量精度以MPU6050加速度測量值為例：量程是±8g時，測量精度是4096LSB/g。

一般我們可以用mg/LSB來表示靈敏度，例如：mpu6050輸出的位數為16位(2的16次方共65536個LSB)對應滿量程，當量程為±8g時對應靈敏度就為16g/65536LSB=0.244140625mv/g，取倒數為4096LSB/g，因為mpu6050只能16位輸出，所以測量範圍越大，對應精度就越低。

MPU9250

MPU9250是一個QFN封裝的複合晶片（MCM），它由2部分組成。一組是3軸加速度還有3軸陀螺儀，即MPU6050。另一組則是AKM公司的AK8963 3軸磁力計。所以，MPU9250是一款9軸運動跟蹤裝置，他在小小的3X3X1mm的封裝中融合了3軸加速度，3軸陀螺儀以及數字運動處理器（DMP）。MPU9250的具有三個16位加速度AD輸出，三個16位陀螺儀AD輸出，三個6位磁力計AD輸出。精密的慢速和快速運動跟蹤，提供給客戶全量程的可程式設計陀螺儀引數選擇（±250，±500，±1000，and±2000°/秒（dps）），可程式設計的加速度引數選擇±2g，±4g，±8g，±16g，以及最大磁力計可達到±4800uT。

其他業界領先的功能還有可程式設計的數字濾波器，40-85℃時帶高精度的1%的時鐘漂移，嵌入了溫度感測器，並且帶有可程式設計中斷。該裝置提供I2C和SPI的介面，2.4-3.6V的供電電壓，還有單獨的數字IO口，支援1.71V到VDD。

通訊採用400KHz的I2C和1MHz的SPI，若需要更快的速度，可以用SPI在20MHz的模式下直接讀取感測器和中斷暫存器。

三軸陀螺儀的特性：

使用者可編量程（±250，±500，±1000度/秒）

三軸（x，y，z）16位ADC角速度數字輸出。

三軸加速度計的特性：

使用者可編量程（±2g，±4g，±8g，±16g）

三軸16位ADC加速度數字輸出

磁場計的特性：

三軸單片霍爾感測器

大量程低功耗高精度

14位（0.6uT/LSB）和16位（15uT/LSB）的解析度輸出

最大±4800uT的測量範圍

模擬陀螺儀ENC03

最大角速度 +/-300deg./sec.

輸出（當角速度=0） 1.35 Vdc 

線性度+/-5%FS 

響應頻率50Hz max. 

模擬加速度計MMA7361

高靈敏度：(800 mV/g )  

可選靈敏度：（±1.5g,±6g）  

快速啟動時間：（0.5ms反應時間）

姿態解算流程

部分資料參考網上各個論壇，來源不明，統一致謝。

延伸閱讀：

尤拉旋轉—萬向節鎖（視訊）

http://v.youku.com/v_show/id_XNjk1MTkzMTM2.html#paction

AGuide to using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) in EmbeddedApplications

http://www.starlino.com/imu_guide.html

卡爾曼濾波應用

http://blog.csdn.net/qq_32666555/article/details/54647443