隨著科技的不斷發(fā)展，自動駕駛技術(shù)日趨成熟。車輛通過感知周圍世界來進(jìn)行自主導(dǎo)航，但這一切都基于對車輛定位精確性和安全性的承諾和保障。為了實現(xiàn)自動駕駛汽車的各種復(fù)雜功能，精確而又可靠的位置信息開始變得不可或缺。

擁擠的城市峽谷環(huán)境對自動駕駛汽車傳感器陣列帶來了巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)自動駕駛汽車在失去GPS/GNSS信號的情況下試圖左轉(zhuǎn)時，IMU技術(shù)開始凸顯它的重要作用

感知傳感器作為自動駕駛主動決策的主要信息來源，可以感知車輛周圍的世界。包括雷達(dá)，激光雷達(dá)，紅外，超聲波和攝像機視覺等，但所有這些都需要強大的計算能力作為支撐后盾。

導(dǎo)航系統(tǒng)能夠告訴自動駕駛汽車它們在哪里，它們需要去哪里。這些系統(tǒng)由GNSS / GPS接收機和INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）組成，而慣導(dǎo)系統(tǒng)包括慣性運動傳感器和來自里程計和轉(zhuǎn)向傳感器的輸入。

自動駕駛汽車常用的八種傳感器

長期以來，基于MEMS的慣性傳感器（如陀螺儀和加速度計）已作為分立元件應(yīng)用于車輛的碰撞檢測、安全氣囊彈出和電子穩(wěn)定性控制。 使用MEMS或光纖技術(shù)的高端IMU（慣性測量單元）通常用于飛機和戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)系統(tǒng)，其性能比傳統(tǒng)MEMS傳感器高出10到1,000倍。

隨著自動駕駛汽車技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步和完善，IMU和INS所需的定位精度已接近航空航天和戰(zhàn)術(shù)級設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)——統(tǒng)一且可靠的厘米級精度，而非米級精度。

截止目前，能夠達(dá)到這種性能水平和安全性的IMU對于汽車等大批量市場來說依舊十分昂貴。但現(xiàn)在我們看到了設(shè)計和制造方面的創(chuàng)新，能夠使高性能IMU技術(shù)在廣泛的自動化應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用中更具價格優(yōu)勢。

為什么是IMU？

IMU是一個電子模塊，通過集成多個慣性傳感器以生成沿多個軸或自由度的加速度和角速度測量值。六自由度（DOF）IMU由三軸陀螺儀和三軸加速度計組成。 使用擴展卡爾曼濾波器（EKF）將這些傳感器隨時間變化的測量值進(jìn)行組合，可以進(jìn)行高精度的位置，速度，姿態(tài)或方向計算。航姿參考系統(tǒng)（AHRS）將磁力計讀數(shù)與IMU數(shù)據(jù)相結(jié)合，以計算航向，側(cè)傾和俯仰。INS添加了GPS以跟蹤物體的位置，方向和速度。

在典型的自動駕駛汽車應(yīng)用中，INS結(jié)合交通路線、高清地圖以及感知傳感器系統(tǒng)來確定車輛路線以及如何進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)所有系統(tǒng)在良好的環(huán)境條件和衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)正常運行時，帶有傳統(tǒng)汽車級IMU的INS通?？商峁┳銐虻亩ㄎ痪群涂煽啃裕源_保安全運行。

然而，外部條件往往并不理想。通常，由于城市峽谷、隧道、立交橋、多路徑誤差或衛(wèi)星覆蓋范圍較差時，GPS信號會丟失或減弱。除此之外，車輛還可能會遇到其他棘手的狀況，例如降水或反射面，這可能會影響相機、激光雷達(dá)或雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的性能和完整性。

當(dāng)用于導(dǎo)航的其他傳感器數(shù)據(jù)異?；蛘哂捎诃h(huán)境原因中斷時，導(dǎo)航任務(wù)會轉(zhuǎn)向于依賴航位推算系統(tǒng)。這時，自動駕駛系統(tǒng)主要依賴于IMU，車輪輪速傳感器以及視覺傳感器。此時，使用合適級別的IMU就尤為重要，無論環(huán)境條件如何，IMU都能持續(xù)感知并提供位置信息。

MEMS器件中固有的偏差和漂移誤差會給系統(tǒng)帶來一定的負(fù)擔(dān)，需要及時消除。另外，沒有被補償消除的誤差會累積成位置誤差，而在溫度和時間上經(jīng)過嚴(yán)格校準(zhǔn)的高端IMU可以大大減少這些誤差源。內(nèi)置冗余的IMU可提供更高精度的位置估計，并為整個自動駕駛汽車系統(tǒng)和傳感器融合網(wǎng)絡(luò)帶來更高的安全性、完整性和可靠性。

實時動態(tài)

在精密INS定位中另一個令人矚目的發(fā)展趨勢是GNSS RTK（衛(wèi)星導(dǎo)航實時動態(tài)定位）技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。 RTK與IMU數(shù)據(jù)適當(dāng)融合后，可將GPS定位精度提高100倍，從米級精度提高到厘米級精度。RTK技術(shù)通過消除電離層和對流層延遲，多徑，衛(wèi)星時鐘和星歷誤差（由GPS接收器在位置計算中使用衛(wèi)星的位置造成的誤差）來完善從GPS信號接收的位置數(shù)據(jù)。 RTK系統(tǒng)使用測量級基站，該基站通過蜂窩信號向移動站（移動的物體或車輛）廣播校正。通過復(fù)雜算法和卡爾曼濾波器將校正數(shù)據(jù)與GPS和IMU數(shù)據(jù)融合，來實時輸出流動站的精確位置。

RTK定位和定位技術(shù)對于包括農(nóng)業(yè)，建筑，機器人交付，無人機和消費者自動駕駛汽車在內(nèi)的廣泛自動駕駛應(yīng)用都非常有價值。

截至目前，RTK和其他類似服務(wù)仍需高昂的價格和漫長的獲取時間。因此，它們主要用于農(nóng)業(yè)，土地調(diào)查和施工應(yīng)用。隨著自動駕駛汽車的普及及其對精確定位的需求，催生了可跨地域擴展的新型RTK軟件，該軟件經(jīng)濟實惠，易于集成，并優(yōu)化補充了自動駕駛汽車傳感器融合定位導(dǎo)航功能。

對于任何一輛自動駕駛汽車來說，精確地了解自己的位置和周圍環(huán)境、目的地以及如何到達(dá)目的地都至關(guān)重要。盡管當(dāng)下尚不確定無人駕駛汽車何時會成為消費產(chǎn)品，但這項技術(shù)已經(jīng)在一些行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合先進(jìn)的IMU和RTK，有望進(jìn)一步提高和完善系統(tǒng)性能、安全性和完整性，早日使慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)大眾化。

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