Что такое гироскоп и акселерометр (IMU) в дроне?
В характеристиках дрона и телефона пишут про гироскоп, акселерометр и IMU. Чем гироскоп отличается от акселерометра и что такое IMU? Зачем их два сразу?
2 ответа
Это два разных датчика движения, и вместе они образуют IMU (Inertial Measurement Unit — инерциальный измерительный блок).
Акселерометр меряет ускорение (и вместе с ним — направление силы тяжести). По притяжению Земли он понимает, где «низ», то есть наклон относительно горизонта. Минус: он чувствует все тряски и вибрации, поэтому в движении его сигнал «шумный» и дёрганый.
Гироскоп меряет угловую скорость — как быстро объект поворачивается вокруг осей. Он отлично ловит быстрые повороты и не реагирует на тряску. Минус: если просто складывать его показания, угол медленно «уплывает» (дрейф) из-за накопления ошибки.
Почему оба сразу: у них недостатки в разных местах, и они друг друга страхуют:
- акселерометр даёт стабильный «куда низ» в долгой перспективе, но шумит;
- гироскоп даёт чёткие быстрые повороты, но дрейфует.
Их объединяют фильтром (комплементарным или Калмана): берут быстрые данные от гироскопа и медленно подправляют их акселерометром. Получается точный и устойчивый угол наклона. Именно по нему полётный контроллер дрона удерживает аппарат ровно. Часто к IMU добавляют магнитометр (компас) — тогда блок знает ещё и стороны света; такой набор называют 9-осевым.
Простая память: акселерометр чувствует, где низ (гравитация), гироскоп чувствует вращение. Первый стабилен, но трясётся от вибраций; второй быстрый, но со временем врёт. Вместе (IMU) они дают точный угол наклона. Если оставить только гироскоп — дрон через минуту «решит», что он наклонён, хотя стоит ровно. Если только акселерометр — будет дёргаться от каждого толчка.