# 如何比较 IMU

市场上的传感器数据手册通常包含下列全部或部分规格。若规格书中列出这些指标，理解其含义至关重要——这是选型 IMU 的关键。

# 满量程（Full Scale）

满量程表示传感器已校准的测量范围（例如加速度计 ±2 g，或陀螺仪 ±500°/s）。实际测量有时可以略超出该上限，但超出后的精度通常无法保证。例如下图显示陀螺仪在 500°/s 处饱和，意味着更快的旋转将无法被正确测量。

比例因子误差是与所施加运动成正比的测量误差。完善的热校准可最大程度减小此类误差。FDISystems 规格中的比例因子误差，包含热稳定性误差与长期稳定性误差。

非线性与比例因子类似：传感器输出与真实输入不完全一致。不同之处在于，误差并非相对满量程呈简单比例关系（红色），而是以更复杂的方式变化（绿色）。

一年零偏规格是传感器数据手册中的重要信息，反映传感器在寿命期内可能漂移的程度。为获得该规格，FDISystems 会对传感器进行加速老化，包括热循环、通断电循环、冲击与振动应力等。

加速度计的速度随机游走（VRW）或陀螺仪的角度随机游走（ARW）表征传感器噪声。零偏对应长期噪声，随机游走对应短期噪声。该噪声经积分后，会使输出出现随机变化。

这对需要精确横滚与俯仰的指向类应用尤为重要。

由于温度与机械应力等因素，IMU 通电后零偏会随时间变化。因此 INS 需要持续借助外部辅助（如 GNSS、里程计、DVL 等），并结合载体动力学，不断重新估计该偏差。

运行零偏不稳定性（In-run Bias Instability）是 MEMS IMU 中一个容易被夸大的指标——数值越低通常越好，但该值本身往往不足以反映真实性能，原因包括：

Allan 方差是一张较复杂的曲线图，用于展示传感器在不同时间尺度上的表现。
Allan 方差通常在环境温度与控温条件下分别测量，因此比较时仍需谨慎。
当高频噪声近似为高斯分布时（多数情况如此），可在约 1 秒的时间尺度上读取角度/速度随机游走。
零偏不稳定性对应曲线的最低点（底部）。

更重要的是传感器在达到零偏不稳定性之后的行为。优质 MEMS 传感器往往趋于平稳，而较低等级或未经校准的传感器会快速抬升，表现为明显的零偏漂移。

该指标通常出现在高质量系统规格中；多数 IMU 并未说明振动条件下会发生什么。
振动整流误差给出了在给定振动水平下，加速度计或陀螺仪的预期零偏影响。
例如，若 VRE 为 1°/h/g²，则在 1 g 随机振动下，预期最大零偏约为 1°/h。

采样率是传感器对输入进行测量的频率。采样率除以 2 即为奈奎斯特频率，它给出可观测信号的最大频率上限。

带宽（Bandwidth）是仍能获得可靠加速度或角速度读数的最高频率。它直接决定可测量的运动频率范围：高于带宽的信号将被衰减。

分辨率（Resolution）是传感器可分辨的最小增量。
该参数通常不如随机游走重要，因为分辨率往往远低于传感器噪声水平。真正起决定作用的往往是角度或速度随机游走——它反映了约 1 秒平均时间内的实际系统噪声水平。

正交性（Orthogonality）表示各轴传感器之间的物理不对齐程度。

交叉轴灵敏度（Cross-Axis Sensitivity）是传感器对施加在垂直轴上的激励的响应。理想情况下应尽可能小，因为各轴应彼此独立。

陀螺仪在加速度作用下可能产生附加零偏，该误差称为陀螺 g 效应（Gyro-G）。通常可在校准阶段估计并补偿。