CN112525192A - 具有改善的温度漂移和噪声性能的惯性测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种惯性测量装置和一种惯性测量方法。所述惯性测量装置包括：多个惯性传感器，其中每个惯性传感器感应得到惯性传感信号；滤波模块，用于将所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量；温度校准模块，用于对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准；降噪模块，用于对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理；重组模块，用于将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号。这样，可以同时改善所述惯性传感信号的温度漂移性能以及噪声性能。

Description

具有改善的温度漂移和噪声性能的惯性测量装置及方法
技术领域
本发明涉及惯性测量领域，尤其涉及一种具有改善的温度漂移和噪声性能的惯性测量装置及惯性测量方法。
背景技术
惯性测量单元(IMU)是一种电子设备，它使用加速度计和陀螺仪的组合来测量承载基体的加速度、角速率，有时它还包括磁力计，用来测量承载基体周围的磁场。
如图1所示，所述惯性测量单元通过使用一个或多个加速度计来检测线性加速度，通过使用一个或多个陀螺仪来检测旋转速率。还有一些惯性测量单元还包括磁力计，其通常用作航向参考。对于三个轴(即俯仰、滚转和偏航，X，Y，Z)中的每个轴，均配置一个加速度计和一个陀螺仪。在一个实施方式中，所述惯性测量单元包括至少一个3轴加速度计和至少一个3轴陀螺仪。可选地，所述惯性测量单元还可包括至少一个3轴磁力计。此外，所述惯性测量单元还可以与GPS和/或其他传感器连接。所述惯性测量单元可以直接或间接地估计位置和方向。在另一种实施方式中，所述惯性测量单元可以与车辆通讯以控制所述车辆的转向、稳定或平衡。
如图2所示，所述惯性测量单元IMU可以接收的角速度信号和加速度信号估计出其方向和位置。所述惯性测量单元通过累积或积分角速度信号来估计或更新其方向。所述惯性测量单元IMU可以根据其获得的方向估计和加速度信号来估计或更新其位置。在估计位置的过程中至少有4个阶段。所述惯性测量单元IMU首先利用它获得的方向估计和加速度信号将加速度信号投影到全局轴上。在此之后，所述惯性测量单元IMU根据重力来校正投影的加速度信号并产生全局加速度信号。根据生成的全局加速度信号和它获得的初始速度，所述惯性测量单元IMU可以估计出其速度。根据其估计出的速度和它获得的初始位置，所述惯性测量单元IMU可以估计并更新其位置。
所述惯性测量单元IMU的偏置漂移(bias drift)和噪声将会影响到基于所述惯性测量单元IMU的定位精度。现在的基于MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)的IMU中，偏置漂移主要取决于温度误差(或称温度漂移)，而噪声通常是器件结构和制造公差的函数。现有技术中通常通过平均的方式来降低噪声，然而并没有同时降低噪声以及温度漂移的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种惯性测量装置和惯性测量方法，其可以同时降低惯性传感信号的噪声以及温度漂移。
为实现发明目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种惯性测量装置，其包括：多个惯性传感器，其中每个惯性传感器感应得到惯性传感信号；滤波模块，用于将所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量；温度校准模块，用于对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准；降噪模块，用于对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理；重组模块，用于将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种惯性测量方法，其包括：利用多个惯性传感器得到多个惯性传感信号；将所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量；对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准；对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理；将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号。
与现有技术相比，本发明中将多个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量，之后对所述低频分量进行温度校准以优化其温度漂移的同时，对所述高频分量进行降噪处理以优化其噪声性能，最后将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号，该重组惯性传感信号具有改善的温度漂移性能以及噪声性能。
附图说明
图1为现有技术中的惯性测量单元的原理示意图；
图2为现有技术中的惯性测量单元估计方向和位置的原理图；
图3为本发明中惯性测量装置在一个实施例中的结构图；
图4为本发明中惯性测量装置的工作原理示意图；
图5为四个惯性传感器的残余温度误差环的示意图；
图6为本发明中将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗的示意图；
图7为本发明中的惯性测量方法在一个实施例中的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
本发明中提供了一种惯性测量装置，其将多个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量，之后对所述低频分量进行温度校准以优化其温度漂移的同时，对所述高频分量进行降噪处理以优化其噪声性能，最后将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成具有改善的温度漂移性能以及噪声性能的重组惯性传感信号。
图3为本发明中惯性测量装置300在一个实施例中的结构图。如图3所示的，所述惯性测量装置300包括多个惯性测量单元(IMU)310、处理单元320和支持电路330。
图3中示例的示出了三个惯性测量单元310，实际上，根据需要可以设置2个、3、4个或更多个IMU310。这些惯性测量单元310可以被称为惯性测量阵列。每个惯性测量单元310可以包括一个3轴加速度计和一个3轴陀螺仪。可选地，所述惯性测量单元310还可包括至少一个3轴磁力计。在有些实施例中，根据需要，每个惯性测量单元310也可以包括一个或多个单轴加速度计和/或一个或多个陀螺仪。所述3轴加速度计可以测量得到3个轴的加速度信号，所述3轴陀螺仪可以测量得到3个轴的角速度信号。所述加速度计、所述陀螺仪和所述磁力计均可以被称为惯性测量器或惯性传感器。
所述处理单元320可以是一个微处理单元(MCU)。所述处理单元320由支持电路330支持，并提供各种接口，比如UART和SPI，其中SPI或UART接口提供与各种主机平台的开放连接。所述惯性测量单元310单独或联合连接到所述处理单元320，将测量得到的惯性传感信号提供给所述处理单元320。所述处理单元320协调和控制所述惯性测量单元IMU并承载大部分信号处理负载。在一个实施例中，所述处理单元320包括若干逻辑单元，这些逻辑单元可以进行数字信号滤波、传感数据增强处理等。
所述支持电路330为所述处理单元320提供电能、频率、存储、时钟功能的组合。所述支持电路330可以具有3.5伏的电源输入，所述电源输入可以通过AC-DC(交流-直流)适配器或电池提供。在一个实施方式中，还可以包括模拟前端，其对所述惯性测量单元310输出的惯性传感信号进行滤波和数字化以供所述处理单元320的逻辑单元处理。
图4为本发明中惯性测量装置的工作原理示意图。所述惯性测量器310分别提供惯性传感信号a1，a2，an，n为惯性测量器310的个数，可以等于2。所述处理单元320可以包括滤波模块321、温度校准模块322、降噪模块323和重组模块324。当然在另一个实施例中，滤波模块321、温度校准模块322、降噪模块323和重组模块324也可以不在处理单元320中实现，而是在另一个单独的模块中实现，所述处理单元320对后续的重组惯性传感信号进行处理。
所述滤波模块321可以将各个惯性传感器310的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量。具体的，所述滤波模块321包括有多个低通滤波器LPF和与所述多个低通滤波器LPF互补的多个高通滤波器PHF。每个低通滤波器LPF对一个惯性传感器310的惯性传感信号a1，a2或an进行低通滤波得到该惯性传感器310的惯性传感信号的低频分量a1L，a2L或anL。每个高通滤波器HPF对一个惯性传感器的惯性传感信号a1，a2或an进行高通滤波得到该惯性传感器的惯性传感信号的高频分量a1H，a2H或anH。同一个惯性传感信号对应的低通滤波器和对应的高通滤波器是互补的。滤波器LPF和HPF的设计可以使用传统的IIR或FIR实现或其他标准滤波器机制。必须注意确保数字稳定性。典型的截止频率(如果为0.1Hz)，滤波器LPF和HPF必须使用相同的截止频率，以确保不引入比例因子或幅度响应失真。
所述温度校准模块322用于对各个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准。具体的，所述温度校准模块322包括多个温度校准单元3221。每个温度校准单元3221用于将一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量a1L，a2L或anL与相应的温度校准系数C1(T)、C2(T)或Cn(T)相乘得到温度校准后的低频分量。
需要知道的是，即使在没有旋转或加速的情况下，惯性测量单元内部的陀螺仪和加速度计也会显示一定的测量输出，这被称为偏置漂移。当IMU在一个温度范围内进行测试时，该偏置漂移会随温度而变化。此外，惯性传感器的输出还会出现一些“滞后”，这种“滞后”是温度的函数，这意味着在相同温度下惯性传感器的输出误差不是一致的值，而是设备的“温度历史”的函数，这样每个惯性传感器可以会形成一个残余温度误差环(residualtemperature error loop)。
这个环的宽度限制了使用常见温度补偿技术(例如多项式或分段线性拟合)可实现的校准精度。另外，这个环的宽度在IMU之间变化很大，并且一些IMU将具有在某些温度下比其他设备更宽的环路。图5显示了4个传感器(速率陀螺仪或加速度计)的残余温度误差环的示意图。
为了最小化在任何给定温度下的滞后带来的不确定性影响，通过在任何给定温度下对“最佳”传感器进行更多加权来最佳地组合传感器。通过将滞后环视为概率误差函数来确定“最佳”传感器，使用环的宽度作为任何给定温度下标准偏差的度量。可以使用诸如与约束的最小二乘拟合的算法来确定n个传感器的最佳加权系数。
在一个优选的实施例中，各个惯性传感器的温度校准系数C1(T)、C2(T)或Cn(T)通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号a1，a2或an的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环(residual temperature error loop)，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗，如图6所示的，比如所述温度间隔可以为1度；
使用带有约束的最小二乘拟合(least square fit)来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1，即C1(T)+Cs(T)+....Cn(T)＝1.0；
求取各个惯性传感器的一组温度校准系数使得每个给定的温度窗的总误差都最小。
将得到的各个惯性传感器的一组温度校准系数存储于存储器中，在后续的温度校准过程中，可以利用存储的这些温度校准系数进行温度校准。
当然，也可以为各个惯性传感器的每个给定的温度窗设定一组温度校准系数，即设置多组温度校准系数，各个惯性传感器的温度校准系数C1(T)、C2(T)或Cn(T)通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号a1，a2或an的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗；
使用带有约束的最小二乘拟合求取每个给定的温度窗的一组温度校准系数来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1，即C1(T)+Cs(T)+....Cn(T)＝1.0。
所述降噪模块323用于对各个惯性传感器310中的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理。具体的，所述降噪模块323包括多个降噪单元3231。每个降噪单元用于将一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量a1H，a2H或anH与相应的降噪系数N1,N2或Nn相乘得到降噪后的高频分量。
各个惯性传感器的降噪系数N1,N2或Nn通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的噪声；
根据如下公式求取各个惯性传感器的降噪系数来最小化总噪声，以优化总RMS噪声：
NTotal 2＝N1*Na1 2+N2*Na2 2+...+Nn*Nan 2，其中NTotal为总噪声，Na1,Nan为各个惯性传感信号a1、an的降噪系数。
所述重组模块324用于将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成一个重组惯性传感信号。优选的，可以将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量相加后得到重组惯性传感信号。该重组惯性传感信号的温度漂移和噪声性能都得到了明显改善。
本发明中的这种方案将实现至少10倍的温度漂移性能的改善，同时可以将噪声性能大幅提升，提升的幅度与惯性传感器的数量的平方根有关。
在一个实施例中，需要针对每种类型的多个惯性传感器都独立进行滤波、温度校准、降噪和重组处理，以改善每种类型的惯性传感器的惯性传感信号的度漂移和噪声性。在惯性传感器为3轴加速度传感器或3轴陀螺仪时，需要针对3轴加速度传感器和/或3轴陀螺仪的每个轴都独立进行滤波、温度校准、降噪和重组处理。
上文均是以惯性测量装置为例进行介绍，很显然，本发明也可以实现为一种惯性测量方法。图7为本发明中的惯性测量方法700在一个实施例中的流程示意图。如图7所示的，所述惯性测量方法700包括如下步骤:
步骤710，利用多个惯性传感器得到多个惯性传感信号；
步骤720，将所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量；
步骤730，对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准；
步骤740，对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理；
优选的，所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器为所述多个惯性传感器中的多个或所有惯性传感器。
步骤750，将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号。
在一个实施例中，将各个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量与相应的温度校准系数相乘得到温度校准后的低频分量。优选的，各个惯性传感器的温度校准系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号a1，a2或an的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环(residual temperature error loop)，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗，如图5所示的，比如所述温度间隔可以为1度；
使用带有约束的最小二乘拟合(least square fit)来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1，即C1(T)+Cs(T)+....Cn(T)＝1.0；
求取各个惯性传感器的一组温度校准系数使得每个给定的温度窗的总误差都最小。
当然，也可以为各个惯性传感器的每个给定的温度窗设定一组温度校准系数，即设置多组温度校准系数，各个惯性传感器的温度校准系数C1(T)、C2(T)或Cn(T)通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号a1，a2或an的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗；
使用带有约束的最小二乘拟合求取每个给定的温度窗的一组温度校准系数来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1，即C1(T)+Cs(T)+....Cn(T)＝1.0。
在一个实施例中，将各个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量与相应的降噪系数相乘得到降噪后的高频分量。优选的，各个惯性传感器的降噪系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的噪声；
根据如下公式求取各个惯性传感器的降噪系数来最小化总噪声，以优化总RMS噪声：
NTotal 2＝N1*Na1 2+N2*Na2 2+...+Nn*Nan 2，
其中NTotal为总噪声，Na1,，Na2，Nan为各个惯性传感信号a1、a2、an的噪声，N1，N2，Nn为各个惯性传感信号a1、a2、an的噪声系数。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种惯性测量装置，其特征在于，其包括：
多个惯性传感器，其中每个惯性传感器感应得到惯性传感信号；
滤波模块，用于将所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量；
温度校准模块，用于对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准；
降噪模块，用于对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理；
重组模块，用于将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号。
2.如权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述滤波模块包括有多个低通滤波器和与所述多个低通滤波器互补的多个高通滤波器，每个低通滤波器对一个惯性传感器的惯性传感信号进行低通滤波得到该惯性传感器的惯性传感信号的低频分量，每个高通滤波器对一个惯性传感器的惯性传感信号进行高通滤波得到该惯性传感器的惯性传感信号的高频分量。
3.如权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述温度校准模块包括多个温度校准单元，每个温度校准单元用于将一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量与相应的温度校准系数相乘得到温度校准后的低频分量。
4.如权利要求3所述的惯性测量装置，其特征在于，各个惯性传感器的温度校准系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗；
使用带有约束的最小二乘拟合来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1；
求取各个惯性传感器的一组温度校准系数使得每个给定的温度窗的总误差都最小；或者
各个惯性传感器的温度校准系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗；
使用带有约束的最小二乘拟合求取每个给定的温度窗的一组温度校准系数来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1。
5.如权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述降噪模块包括多个降噪单元，每个降噪单元用于将一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量与相应的降噪系数相乘得到降噪后的高频分量。
6.如权利要求5所述的惯性测量装置，其特征在于，各个惯性传感器的降噪系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的噪声；
根据如下公式求取各个惯性传感器的降噪系数来最小化总噪声：
NTotal 2＝N1*Na1 2+N2*Na2 2+...+Nn*Nan 2，
其中NTotal为总噪声，Na1,，Na2，Nan为各个惯性传感信号a1、a2、an的噪声，N1，N2，Nn为各个惯性传感信号a1、a2、an的噪声系数。
7.如权利要求1-6所述的惯性测量装置，其特征在于，其包括多种类型的惯性传感器，每种类型的惯性传感器均具有多个，针对每种类型的多个惯性传感器都独立进行滤波、温度校准、降噪和重组处理。
8.如权利要求7所述的惯性测量装置，其特征在于，一种类型的惯性传感器为加速度传感器，另一种类型的传感器为陀螺仪。
9.如权利要求8所述的惯性测量装置，其特征在于，一个加速度传感器和一个陀螺仪为一组组成一个惯性测量单元，这样多个加速度传感器和多个陀螺仪组成多个惯性测量单元，这多个惯性测量单元被称为惯性测量阵列。
10.如权利要求8所述的惯性测量装置，其特征在于，所述加速传感器为3轴加速度传感器，所述陀螺仪为3轴陀螺仪，针对3轴加速度传感器和/或3轴陀螺仪的每个轴都独立进行滤波、温度校准、降噪和重组处理。
11.一种惯性测量方法，其特征在于，其包括：
利用多个惯性传感器得到多个惯性传感信号；
将所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号分离为低频分量和高频分量；
对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量进行温度校准；
对所述多个惯性传感器中的至少一个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量进行降噪处理；
将温度校准后的低频分量和降噪处理后的高频分量重新组合形成重组惯性传感信号。
12.如权利要求11所述的惯性测量方法，其特征在于，利用多个低通滤波器中的一个低通滤波器对一个惯性传感器的惯性传感信号进行低通滤波得到该惯性传感器的惯性传感信号的低频分量，多个高通滤波器中的一个高通滤波器对一个惯性传感器的惯性传感信号进行高通滤波得到该惯性传感器的惯性传感信号的高频分量。
13.如权利要求11所述的惯性测量方法，其特征在于，将各个惯性传感器的惯性传感信号的低频分量与相应的温度校准系数相乘得到温度校准后的低频分量。
14.如权利要求13所述的惯性测量方法，其特征在于，各个惯性传感器的温度校准系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗；
使用带有约束的最小二乘拟合来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1；
求取各个惯性传感器的一组温度校准系数使得每个给定的温度窗的总误差都最小；或者
各个惯性传感器的温度校准系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的温度响应，并利用分段线性或多项式拟合对各个惯性传感器进行温度补偿；
测量各个惯性传感器的残余温度误差环，将残余温度误差环以预定温度间隔划分为多个温度窗；
使用带有约束的最小二乘拟合求取每个给定的温度窗的一组温度校准系数来最小化每个给定的温度窗的总误差，其中各个温度校准系数的和为1。
15.如权利要求11所述的惯性测量方法，其特征在于，将各个惯性传感器的惯性传感信号的高频分量与相应的降噪系数相乘得到降噪后的高频分量。
16.如权利要求15所述的惯性测量方法，其特征在于，各个惯性传感器的降噪系数通过如下操作获得：
测量各个惯性传感器的惯性传感信号的噪声；
根据如下公式通过最小化总噪声NTotal来求取各个惯性传感器的降噪系数：
NTotal 2＝N1*Na1 2+N2*Na2 2+...+Nn*Nan 2，
其中NTotal为总噪声，Na1,，Na2，Nan为各个惯性传感信号a1、a2、an的噪声，N1，N2，Nn为各个惯性传感信号a1、a2、an的噪声系数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160047675A1 (en) * 2005-04-19 2016-02-18 Tanenhaus & Associates, Inc. Inertial Measurement and Navigation System And Method Having Low Drift MEMS Gyroscopes And Accelerometers Operable In GPS Denied Environments
US8020442B2 (en) * 2008-05-22 2011-09-20 Rosemount Aerospace Inc. High bandwidth inertial measurement unit
US20130068017A1 (en) * 2011-09-20 2013-03-21 Noel Perkins Apparatus and method for analyzing the motion of a body

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