INS 在水文测量中相较 MRU 的优势

在海洋测量应用中，根据船舶运动补偿声纳测量值至关重要；同时，还需要位置输入对点云进行地理定位。多年来，传统做法是集成两个独立组件：一个运动参考单元（MRU），以及一个可进行 RTK 处理、实现厘米级精度的 GNSS 接收机。该方案适用于许多常规水文应用，但在更具挑战性的条件下——例如桥梁测量，或在波涛汹涌的海况中作业——可能遇到困难。

原理

MRU（运动参考单元）也称为 AHRS（姿态航向参考系统），本质上是一种动态倾角仪。它用陀螺仪检测旋转、用加速度计检测重力，并据此计算方向，输出横滚与俯仰。航向可通过地磁场或地球自转速率获得（后者也称为陀螺罗盘/陀螺罗经）。此外，MRU 还利用加速度计检测波浪运动，提供船舶运动（升沉 Heave、纵荡 Surge、横荡 Sway）测量。MRU 在低动态场景下性能最佳，动态加剧时精度可能明显下降。

INS 是完整的惯性导航系统，通常以 GNSS 作为主要辅助源来补充惯性测量。由于惯性与 GNSS 耦合，即使在 GNSS 受干扰时，INS 仍能输出位置。此外，INS 的姿态输出对动态不敏感，更适合在复杂条件下工作。

优势

将“独立 GNSS 接收机 + MRU”与 INS 快速对比可以看出：若需要导航数据，INS 通常比“MRU + GNSS”更可取。

	MRU + GNSS	INS
成本可控性	+	++
配置便捷性	+	++
性能	++	+++
输出能力	+	+++

INS 测量的改进

在 INS 中，GNSS 速度可辅助 Heave（升沉）算法，即便在波涛汹涌的海面上也能保持较好精度；而单独的 MRU 完全依赖其加速度计。也就是说，即便只关注姿态与船舶运动，GNSS 辅助也已带来性能提升。

若位置信息同样必要，则使用 INS（而非 MRU + GNSS）将显著提升位置性能——惯性可补偿 GNSS 的不准确与中断。

典型例子是桥梁测量。在桥下时，独立 GNSS 接收机的位置会变得不准确甚至丢失。使用 INS 而非 MRU + GNSS，可实现连续定位。下面两张图对比了勘测期间在桥下航行时，仅 GNSS（黄色）与 INS 位置（绿色）的差异。