Tanto el acelerómetro como el giro proporcionan mediciones delta. Si necesita una referencia absoluta, debe proporcionarla por otro medio. Incluso la gravedad no es una referencia confiable porque no puede saber qué componente de su aceleración se debe a la gravedad y qué se debe al movimiento.
Los acelerómetros no son muy buenos para las mediciones de ángulos por sí solos. Miden la aceleración lineal, no la rotación ni el ángulo. Puede obtener una orientación bruta de ellos asumiendo que todo es estático y, por lo tanto, el vector de aceleración se debe completamente a la gravedad. El desafío es que la aceleración no puede distinguir la diferencia entre la gravedad y el movimiento: si mueves el dispositivo, la aceleración será la suma de la gravedad y el movimiento que conduce a un resultado ambiguo.
Un magnetómetro puede dar una referencia absoluta al campo magnético de la Tierra, pero es descuidado y se distorsiona fácilmente.
La IMU probablemente tenga un marco de referencia etiquetado en el dispositivo que le dará una idea de la disposición interna de los sensores, pero aún está sujeto a las tolerancias de fabricación y probablemente no esté etiquetado con cuidado.
Una solución común es calibrar el dispositivo periódicamente usando una técnica conocida como ZUPT (actualización de velocidad cero). Coloque el dispositivo en una orientación conocida, no lo mueva, deje que los filtros se estabilicen y llame a ese marco global. A partir de entonces, calcula tus deltas a partir de esa pose. Los errores aumentarán rápidamente, por lo que deberá repetir este procedimiento periódicamente.
El ZUPT cancelará los errores de medición acumulados debido a la desviación y el sesgo, pero si desea coordinar las mediciones de varios sensores (3 acelerómetros, 3 giroscopios, por ejemplo), entonces necesita hacer una calibración de alineación. No sabe qué tan bien alineados están los diversos sensores, qué ortogonales son los aceleradores x, y y z, y los giros de cabeceo, giro y giro entre sí (no pueden ser perfectos). Además, cuán coaxial es el giro de giro con el acelerómetro z, etc. Esto requerirá realizar movimientos controlados del conjunto de sensores para verificar la alineación. En general, esto solo debe hacerse con poca frecuencia, y posiblemente en la fábrica. Su IMU puede tener los parámetros de calibración almacenados en ella.
Cada sensor es independiente, por lo que el sistema debe tener los distintos dispositivos referenciados entre sí. Eso es lo que yo llamo una calibración de alineación. Eso le da un sistema de coordenadas (no ortogonal) relativo a algún origen en la IMU en sí. Luego hay errores que se acumularán durante el tiempo de ejecución que deben cancelarse, con lo que el ZUPT ayudará. En lo que respecta a la vinculación con un marco de referencia global externo a la IMU, esto debe hacerse mediante alguna otra forma de medición. Posiblemente por ZUPT en una posición de referencia conocida, o por algún sistema de medición externo que pueda hacer referencia a sus marcos locales y globales.