IMU惯性传感器在航空航天器中的应用

　　未来，当我国研制的“天宫”空间站建成后，将成为我国长期在轨稳定运行的国家太空实验室，这一实验平台同样需要精准的姿态稳定系统和精准的位移监测系统，这些系统离不开一种核心的惯性传感器：惯性测量单元（IMU）。该惯性传感器，在民用领域，主要应用于需要运动后物体方位与姿态控制的设备上，如汽车、机器人、导弹等。

领航者号空间站的人工智能机器人MOSS 电影截图

　　在今年热门科幻电影《流浪地球》中，领航者号空间站的人工智能MOSS让人印象深刻。在电影中，MOSS的“眼睛”能随意转动，要完成这样的操作，需要MOSS能够控制自己的运动轨迹，这个过程关键点则是发现运动的轨迹以及运动轨迹的偏差。

　　目前，这一应用目前在国内已得到广泛应用，比如各种无人机、工业自动化应用中的“光电吊舱”产品，都能实现精准的目标跟随与互动，实现利用红外、视觉、激光等发射装置进行精准的识别、跟踪和信息传递。

IMU传感器模块，资料图

　　这些应用都离不开惯性测量单元这一惯性传感器的应用。IMU可以给系统提供准确的αβγ三轴方向的角度变化量和xyz三轴方向的速度与位置变化量，方便控制部分精准控制光电系统的随动。

　　IMU传感器能输出什么？

　　实际上，它能输出的数据类型特别多：αβγ三轴方向的航向角、俯仰角、横滚角、αβγ三轴方向的角速率， xyz三轴方向的速度、加速度、甚至加加速度。

消费级无人机飞控系统中的IMU惯性传感器模块，资料图

　　那么，这些数据是通过什么原理输出的呢？

　　目前，一套最常规惯性测量单元（IMU）通常都会内置三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。通过对这6个子传感器进行数据耦合，最终形成三维立体空间下的数据输出。

　　据了解，目前，在军事、航空应用领域，当前多数导航系统需要结合GPS和惯性测量单元，有时还需要其它导航传感器提供精确的定位和导航信息。比如，2019年4月11日，以色列发射的首个月球登陆器创世纪号在即将降落月球表面之前出现一系列故障，最后坠毁于月球，其原因便是IMU惯性传感器导致航空登陆电子设备出现一连串事件，登陆器引擎被关闭，最终导致任务失败。

创世纪号航天器在月球登陆过程中拍摄的月球照片，资料图

　　目前，我国航天领域的科学家在探月工程项目中，为嫦娥航天器登月专门建设的鹊桥中继星，量身定制了全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元，不仅摆脱之前姿态敏感器需要借助地球、太阳等天体来定位的束缚，也大大提升其轨道控制能力。