去年的6月8日，偉大的蘋果公司發(fā)布了最新一代iPhone 4G，這款新機器有很多硬件方面的升級，其中對游戲玩家來說來說，最大的一個“三軸陀螺儀”！

第一次聽說這個“三軸陀螺儀”是前一段時間，偶爾發(fā)現(xiàn)有Apple玩家測試Ipod Touch的定位功能，具體詳見“不同移動設(shè)備的定位偏移問題”。 感覺很新奇–因為Ipod touch 無GPS也能夠?qū)崿F(xiàn)定位，特地研究了一下。

后研究發(fā)現(xiàn)，這個三軸陀螺儀對我們這這些位置定位愛好者也是一個相當(dāng)棒的消息， 因為有了wifi與這個陀螺儀和加速度傳感器，也能夠?qū)崿F(xiàn)定位，雖然定位精度有待考證，廢話少說，先和大家分享一下我搜集的這個Iphone的三軸陀螺儀與加速度傳感器的知識吧！

在所有之前解釋一下陀螺儀

根據(jù)Wiki的定義：「陀螺儀是用于測量角度或維持方向的設(shè)備，基于角動量守恒原理�！�

這句話的要點是測量角度或維持方向，這是 iPhone 4 為何搭載此類設(shè)備的原因。機械陀螺儀–例如下面這只–中間有一轉(zhuǎn)盤，用以偵測方向的改變。iPhone 4 采用了微型的，電子化的振動陀螺儀，也叫微機電陀螺儀。

這東西應(yīng)該就是這個樣子一個東西（下圖），看起來很像手表里的一個機密零件！

三軸陀螺儀動態(tài)展示圖

三軸陀螺儀工作原理

注意上圖的中間是一個高速旋轉(zhuǎn)的金黃顏色的轉(zhuǎn)子，由于慣性作用它是不會受到外力的影響而改變姿態(tài)的，而周邊的設(shè)備的任何姿態(tài)的改變就可以檢測出來，用來判別物體在各個方向上旋轉(zhuǎn)的角度。

這里插一句，大家小時候玩過陀螺的，知道在一定的速度下，就能一直保持一個豎直的方向。

三軸陀螺儀最大的作用就是“測量角速度，以判別物體的運動狀態(tài)，所以也稱為運動傳感器“，換句話說，這東西可以讓我們的iPhone知道自己”在哪兒和去哪兒“（where they are or where they’re going）！

加速傳感器

加速度計是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測量元件之一，加速度計本質(zhì)上是一個振蕩系統(tǒng)，安裝于運動載體的內(nèi)部，可以用來測量載體的運動加速度。

MEMS類加速度計的工作原理是當(dāng)加速度計連同外界物體（該物體的加速度就是待測的加速度）一起作加速運動時，質(zhì)量塊就受到慣性力的作用向相反的方向運動。質(zhì)量塊發(fā)生的位移受到彈簧和阻尼器的限制，通過輸出電壓就能測得外界的加速度大小。

加速度計工作原理圖

三軸陀螺儀與加速傳感器配合是如何實現(xiàn)輔助GPS進行定位導(dǎo)航的呢

從MEMS陀螺儀的應(yīng)用方向來看，陀螺儀能夠測量沿一個軸或幾個軸運動的角速度，可與MEMS加速度計（加速計）形成優(yōu)勢互補，如果組合使用加速度計和陀螺儀這兩種傳感器，設(shè)計者就能更好地跟蹤并捕捉三維空間的完整運動，為最終用戶提供現(xiàn)場感更強的用戶使用體驗、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)以及其它功能。

要準(zhǔn)確地描述線性（直線運動）和旋轉(zhuǎn)運動（有轉(zhuǎn)彎變化的運動），需要設(shè)計者同時用到陀螺儀和加速度計。

單純使用陀螺儀的方案可用于需要高分辨率和快速反應(yīng)的旋轉(zhuǎn)檢測；

單純使用加速度計的方案可用于有固定的重力參考坐標(biāo)系、存在線性或傾斜運動但旋轉(zhuǎn)運動被限制在一定范圍內(nèi)的應(yīng)用。但同時處理直線運動和旋轉(zhuǎn)運動時，就需要使用加速度和陀螺儀計的方案。

此外，為讓設(shè)計和制作的陀螺儀具有較高的加速度和較低的機械噪聲，或為校正加速度計的旋轉(zhuǎn)誤差，一些廠商會使用磁力計來完成傳統(tǒng)上用陀螺儀實現(xiàn)的傳感功能，以完成相應(yīng)定位，讓陀螺儀術(shù)業(yè)有專攻。這表明，混合的陀螺儀、加速度計或磁感應(yīng)計結(jié)合的方案正成為MEMS陀螺儀技術(shù)應(yīng)用的趨勢。若只使用傳統(tǒng)的加速度計，用戶得到的要么是反應(yīng)敏捷的但噪聲較大的輸出，要么是反應(yīng)慢但較純凈的輸出，而如將加速度計與陀螺儀相結(jié)合，就能得到既純凈又反應(yīng)敏捷的輸出。

加速度計是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測量元件之一，加速度計本質(zhì)上是一個振蕩系統(tǒng)，安裝于運動載體的內(nèi)部，可以用來測量載體的運動加速度，利用已知的GPS測量等等的初始速度，對加速度積分，就可知道載體的速度和位置等信息。因此，加速度計的性能和精度直接影響導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的精度。

簡而言之，言而簡之

室外

GPS——用于在室外能夠搜索到足夠衛(wèi)星情況下的導(dǎo)航

室內(nèi)

加速度計用于測量加速度，結(jié)合GPS所提供的初始速度，可以計算出現(xiàn)有的速度運動的距離。

陀螺儀用于測量設(shè)備的轉(zhuǎn)彎或坡度變化大小

在GPS信號被阻擋或受到干擾而不能進行定位的環(huán)境中，通過陀螺儀與加速度計就可以進行另一種方式的導(dǎo)航，可以大幅提升定位導(dǎo)航的效率與準(zhǔn)確度。IPhone裝上陀螺儀與加速度計后，會帶動一大批手機廠商的跟進，這將會有力地推動LBS服務(wù)的進一步增長。

相關(guān)知識：

MEMS

MEMS是微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫。MEMS是美國的叫法，在日本被稱為微機械，在歐洲被稱為微系統(tǒng)，它是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導(dǎo)體集成電路微細加工技術(shù)和超精密機械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，目前MEMS加工技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學(xué)等領(lǐng)域，從而進行生物化學(xué)等實驗室技術(shù)流程的芯片集成化。

文章來源：weizhiquan.com/archives/1072

標(biāo)簽： 三軸陀螺儀 速度計 Iphone定位 

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