目录

一、产品概述

二、产品功能介绍

2.1、轴向说明

2.2、模块校准

2.3、姿态角

2.4、大地坐标系、地心地固坐标系、站心坐标系

三、参考文献 

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一、产品概述

        模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的微处理器和先进的动力解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。  

备注：
1、陀螺仪：一种用于测量物体角速度(绕轴旋转的速率)和方向变化的传感器。

2、工作原理：基于角动量守恒定律，即当物体绕固定轴旋转时，其旋转状态会保持不变。

3、在现代电子设备中，陀螺仪通常是基于微机电系统(MEMS)技术的陀螺仪。传感器通过测

量因旋转引起的科里奥利力来计算角速度。

3.1、微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种集微电子技术和机

械工程于一体的技术，能够在微米甚至纳米尺度上制造出微型的传感器、执行器和系统。这

些系统通常包括机械部件、传感器、执行器和电子电路，集成在同一个小型芯片上。

3.2、科里奥利力

(1)、科里奥利力公式描述

其中：

•  是科里奥利力，
• m 是振动部件的质量，
• ω 是旋转参考系的角速度，
• v 是振动部件的速度，
• × 表示矢量叉乘。

  
  通过叉乘概念介绍了角速度、线速度和科里奥利力之间的关系，并通过图1进行描述。

  

  图1 角速度、线速度和科里奥利力之间关系示意图 [1]

(2)、角速度计算过程   

1) 振动元件的设计

        在MEMS陀螺仪内部，设计了微型振动元件，它们通常在一个固定频率下持续振动。振

动元件的振动方向是已知的（例如沿某一轴方向），当没有旋转时，它们只是做简单的周期

性运动。

2) 旋转产生科里奥利力

        当MEMS陀螺仪绕某个轴旋转时，由于元件的振动速度（v）和旋转的角速度（ω）的叉

 乘，会在振动元件上产生与其振动方向垂直的科里奥利力（）。

3) 检测科里奥利力的位移

        科里奥利力会使振动元件在垂直于其振动方向产生微小的位移或变形。

4) 信号处理与角速度输出

      通过测量弹簧的微小位移推算出科里奥利力，然后根据科里奥利力公式求出旋转的角速度[7]。

二、产品功能介绍

2.1、轴向说明

图 2 JY901传感器示意图[12]

备注：传感器移动和转动方向，如图2所示
轴向为：按右手坐标系定义，向右为X轴，向上为Y轴，垂直与纸面向外为Z轴[2]。

旋转方向：按右手法则定义，即右手大拇指指向轴向，四指弯曲的方向即为绕该轴旋转的方向[3]。 

2.2、模块校准

待完善

2.3、姿态角

1.姿态角结算采用的坐标系为东北天坐标系[4-6]。

2.姿态角分为滚转、俯仰、偏航。
        选择z轴(滚转)指向前进方向，绕x轴(偏航)旋转，所以以俯仰角作为关节角度变化。

2.4、大地坐标系、地心地固坐标系、站心坐标系

2.4.1、大地坐标系(LLA)：
        大地坐标系也叫经纬高坐标系(经度(longitude)，纬度(latitude)和高度(altitude)LLA坐标

系)，它是以参考椭球体为基准建立的坐标系。 

  
        1）、定义大地经度(简称经度)是所在位置的子午面与参考子午面的夹角，参考子午面以东为

正，参考子午面以西为负。经度的范围从0°到180°东经或西经。

        2）、定义大地纬度(简称纬度)是所在位置的基准椭球面法线与赤道面之间的夹角，赤道以北为正，赤道以南为负[8]；纬度的范围从0°（赤道）到90°（北极和南极）。

       3）、 定义大地高度(简称大地高)是所在位置到基准托球面法线的距离。

        备注1：经线与子午面之间的关系。
经线是地球表面上连接南北两极的半圆线。每一条经线都是一个子午面与地球表面的交线。

        备注2：采用基准椭球体来近似地球，如图3。

图 3  椭球体示意图[9]

 图 4 子午线和赤道示意图[9]

图 5 经度纬度示意图[8]

2.4.2、地心地固坐标系(空间直角坐标系)ECEF：

        地心地固坐标系（earth-centered, earth-fixed）是一种以地球质心为原点的坐标系，它与地球一起旋转。

        其xy平面与地球赤道面重合，x轴指向0°经度方向，y轴指向东经90°方向，z轴为与赤道平面垂直指向地理北极，构成右手坐标系。xyz轴随着地球一起旋转。

 图 6 地心地固坐标系[10]

2.4.3、站心坐标系：
        站心坐标系也叫做站点坐标系、东-北-天坐标系ENU，英文名称是local Cartesian coordinates coordinate system，主要是用于需了解以观察者为中心的其他物体运动规律[11]。

       站心坐标系又分为站心直角坐标系和站心极坐标系。

       站心直角坐标系定义：以站心（如GPS接收天线中心）为坐标系原点O，Z轴向上为正（天向），y轴指向北向，x轴指向东向所构成的直角坐标系，称为当地东北天坐标系（ENU）​​​​​​。

  图 7 站心坐标系[13]

三、参考文献 

[1].MEMS陀螺仪传感器的原理_mems陀螺仪原理-CSDN博客
[2].左手系与右手系 图片理解_左手系和右手系的区别-CSDN博客
[3].坐标系基础相关知识：右手定则_坐标系右手定则-CSDN博客
[4].测站坐标系统 -- 东北天(ENU)坐标系、站心坐标系_东北天坐标系-CSDN博客
[5].东北天（ENU）和北东地（NED）_东北天坐标系-CSDN博客
[6].常用坐标系介绍 (bynav.com)
[7].IMU(陀螺仪)角速度测量原理-科氏力测旋转角速度_imu如何利用科氏力测量角速度-CSDN博客
[8].纬度（自然地理学名词）_百度百科 (baidu.com)
[9].大地坐标系_百度百科 (baidu.com)
[10].地心地固坐标系_百度百科 (baidu.com)
[11].站心坐标系_百度百科 (baidu.com)
[12].首页-深圳维特智能科技有限公司-淘宝网 (taobao.com)
[13].站心坐标系-CSDN博客