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前面介紹了常用定位方法中的GNSS RTK定位。GNSS 在衛(wèi)星信號(hào)良好時(shí)可以提供厘米級(jí)定位，但地下車庫和城市樓宇之間等衛(wèi)星信號(hào)丟失或者信號(hào)微弱的場景提供的定位精度會(huì)大大下降。慣性導(dǎo)航可以不依賴外界環(huán)境提供穩(wěn)定的信號(hào)，但它會(huì)有累積誤差。 通過 IMU 與 GNSS 信號(hào)進(jìn)行融合后組成慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)，可以發(fā)揮兩者優(yōu)勢，并規(guī)避各自劣勢。通過整合 GPS 與IMU，汽車可以實(shí)現(xiàn)既準(zhǔn)確又足夠?qū)崟r(shí)的位置更新。 慣性導(dǎo)航（inertial navigation system，INS）是一種使用了慣性測量單元（inertial measurement unit, IMU）的以加速度測量為基礎(chǔ)的導(dǎo)航定位方法。它不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，不受外界天氣狀況等影響。 我們需要將測量值轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系，這種轉(zhuǎn)換需要一個(gè)名叫陀螺儀的傳感器，三軸陀螺儀的三個(gè)外部平衡環(huán)一直在旋轉(zhuǎn)，但三軸陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸始終固定在世界坐標(biāo)系中，計(jì)算車輛在坐標(biāo)系中的位置是通過測量旋轉(zhuǎn)軸和三個(gè)外部平衡環(huán)的相對(duì)位置來計(jì)算的。加速度計(jì)和陀螺儀是慣性測量單元（或IMU）的主要組成部分.所以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)除了可以獲得車輛的位置和姿態(tài)外，還能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的測量車輛坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)方向的加速度、角速度等信息，供決策控制系統(tǒng)精準(zhǔn)控制車輛。 如前面介紹過的，IMU的全稱是inertial measurement unit，即慣性測量單元，通常由陀螺儀、加速劑和算法處理單元組成，以智能方式融合了精密陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)和壓力傳感器的多軸組合，通過對(duì)加速度和旋轉(zhuǎn)角度的測量得出自體的運(yùn)動(dòng)軌跡，即使在復(fù)雜工作環(huán)境中以及在動(dòng)態(tài)或極限運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)下，精密的 IMU 也能提供所需的精度水平，在導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用價(jià)值。我們把傳統(tǒng)的IMU和與車身、GPS等信息融合的算法組合在一起的系統(tǒng)稱為廣義的、針對(duì)自動(dòng)駕駛的IMU。 IMU的主要特征在于高頻更新，更新速度達(dá)到1000赫茲，所以IMU所提供的位置幾乎是實(shí)時(shí)位置信息。 慣性導(dǎo)航在自動(dòng)駕駛定位系統(tǒng)中具有不可替代性。慣導(dǎo)具有輸出信息不間斷、不受外界干擾等獨(dú)特優(yōu)勢，可保證在任何時(shí)刻以高頻次輸出車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為決策中心提供連續(xù)的車輛位置、姿態(tài)信息，這是任何傳感器都無法比擬的。 GNSS+IMU 方案是一種最常用的組成組合慣導(dǎo)系統(tǒng)的方案。GNSS 在衛(wèi)星信號(hào)良好時(shí)可以提供厘米級(jí)定位，但地下車庫和城市樓宇之間等衛(wèi)星信號(hào)丟失或者信號(hào)微弱的場景提供的定位精度會(huì)大大下降。慣導(dǎo)可以不依賴外界環(huán)境提供穩(wěn)定的信號(hào)，但它會(huì)有累積誤差。 通過 IMU 與GNSS 信號(hào)進(jìn)行融合后組成慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)，可以發(fā)揮兩者優(yōu)勢，并規(guī)避各自劣勢。通過整合 GPS 與IMU，汽車可以實(shí)現(xiàn)既準(zhǔn)確又足夠?qū)崟r(shí)的位置更新。GPS是一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的定位用傳感器，但是它的更新頻率過低（僅有 10Hz）不足以提供足夠?qū)崟r(shí)的位置更新，IMU 的更新頻率可以達(dá)到 100Hz 或者更高的1000赫茲，完全能彌補(bǔ) GPS 所欠缺的實(shí)時(shí)性。GPS/IMU組合系統(tǒng)通過高達(dá) 100Hz 頻率的全球定位和慣性更新數(shù)據(jù)，可以幫助自動(dòng)駕駛完成定位。 在衛(wèi)星信號(hào)良好時(shí)，INS 系統(tǒng)可以正常輸出得到 GPS 的厘米級(jí)的定位；而衛(wèi)星信號(hào)較弱時(shí)，慣導(dǎo)系統(tǒng)可以依靠 IMU 信號(hào)提供定位信息。通過整合GPS與IMU，我們可以為車輛定位提供既準(zhǔn)確又足夠?qū)崟r(shí)的位置更新。 目前的GPS有很多時(shí)候是精度不夠準(zhǔn)確或者無效的。例如在隧道中，我們經(jīng)常因?yàn)樾盘?hào)不好無法使用。在市中心的高樓里，GPS信號(hào)容易被折射反射。這個(gè)時(shí)候IMU就可以增強(qiáng)GPS的導(dǎo)航能力。例如，在車道線識(shí)別模塊失效時(shí)，利用失效之前感知到的道路信息和IMU對(duì)汽車航跡的推演，仍然能夠讓汽車?yán)^續(xù)在車道內(nèi)行駛。 GPS和IMU組合，就是為了融合IMU的航向速度、角速度和加速度信息，來提高GPS的精度和抗干擾能力。IMU相對(duì)GPS來說，不僅能提供一些信息，還能提供補(bǔ)全導(dǎo)航信息，因?yàn)?/span>GPS本身只提供位置信息，IMU還可以提供航向姿態(tài)信息，這個(gè)在車輛控制甚至最基本的車輛控制里也會(huì)遇到的信息。因?yàn)?/span>IMU會(huì)提供不同的角度，我們可以非常敏銳實(shí)時(shí)的監(jiān)測到車輛姿態(tài)的變化，可以更精準(zhǔn)的識(shí)別一些比較復(fù)雜的路況信息。 關(guān)于自動(dòng)駕駛的技術(shù)文章，可以參考前文，下面是鏈接： 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)合集（三）: LiDAR技術(shù)綜述； 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)（四十六)--傳感器融合一； 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)（四十七)--傳感器融合二; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(四十八)--傳感器融合三; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(四十九)--傳感器融合四 ; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十)--傳感器融合五; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十一)-無人駕駛操作系統(tǒng)一; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十二) -無人駕駛操作系統(tǒng)二； 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十三) -無人駕駛操作系統(tǒng)三; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十四) -無人駕駛操作系統(tǒng)四; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十五) -慣性測量單元(IMU)一； 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十六) -慣性測量單元(IMU)二; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十七) -慣性測量單元(IMU)三; 自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十八) -慣性測量單元(IMU)四;自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)(五十九) -慣性測量單元(IMU)五; |
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