未來智能汽車的標(biāo)配——慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不受電磁波干擾，且不依靠外界信號(hào)即可完成自主定位的導(dǎo)航系統(tǒng)。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主要定位測量裝置由加速度傳感器和陀螺儀組成。其中，加速度傳感器是用來測量載體所受到的慣性力，并通過牛頓第二加速度定律獲取被測載體的加速度值。陀螺儀在該系統(tǒng)中主要是用來測量載體的偏航角度。通過二者的結(jié)合，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠通過加速度值、時(shí)間、偏航角度形成一個(gè)完整的坐標(biāo)體系。

由于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)無需外界信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)自主定位的功能，因此該定位系統(tǒng)多與GNSS搭配使用，形成一整套完整地組合導(dǎo)航方案，以彌補(bǔ)GNSS在無法接收衛(wèi)星信號(hào)或衛(wèi)星信號(hào)弱的地方也能實(shí)現(xiàn)高精度的定位，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)的目的，避免因誤差的存在而引發(fā)危險(xiǎn)事故。

截至目前，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已與多種定位技術(shù)完成融合，并在消費(fèi)類電子、航海、軍工、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域滲透明顯。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測，到2026年慣性導(dǎo)航系統(tǒng)市場規(guī)模有望達(dá)到482億元。受汽車產(chǎn)業(yè)的影響，自動(dòng)駕駛技術(shù)加速普及，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)迎來更大的市場發(fā)展空間。近年來，不少國內(nèi)外廠商均有在車載慣性導(dǎo)航領(lǐng)域進(jìn)行積極的部署，力圖通過定制化、差異的產(chǎn)品搶占市場。

霍尼韋爾慣性/GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)

霍尼韋爾是全球主要的慣性導(dǎo)航產(chǎn)品的主要供應(yīng)商之一，早在2010年，其大氣慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)就已經(jīng)被空客的A3xx系列客機(jī)選定為標(biāo)配。并且，霍尼韋爾的解決方案實(shí)現(xiàn)了智能物流、智能家居、可穿戴設(shè)備、智能汽車多領(lǐng)域的覆蓋。此前，霍尼韋爾又發(fā)布了新一代的組合型慣性/GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)HGuide N580，拓寬了霍尼韋爾在慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的產(chǎn)品矩陣。

HGuide N580是一款基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備，能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車、無人機(jī)等多平臺(tái)應(yīng)用提供高精度、連續(xù)性位置和準(zhǔn)確姿態(tài)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。該導(dǎo)航系統(tǒng)集成了霍尼韋爾的HG4930 IMU，該IMU內(nèi)部由MEMS陀螺儀和加速度計(jì)組成。為降低IMU的功耗，霍尼韋爾還采用了內(nèi)部環(huán)境隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以此降低在實(shí)際應(yīng)用中常見且不必要的輸入。

HGuide N580的一體化設(shè)計(jì)不僅采用了慣性測量單元，為提高設(shè)備的定位精度，還融入了GNSS作為高精度定位的備用解決方案。通過二者的結(jié)合，即使在地下停車場、山林、隧道等衛(wèi)星覆蓋信號(hào)弱或無信號(hào)的地方也有不俗的表現(xiàn)。同時(shí)還提供了雙天線、多頻率、多星座的RTK測量能力。

在實(shí)際應(yīng)用中HGuide N580可以輸出載體的位置坐標(biāo)、速度、角速度、加速度以及仰俯角度等。在開啟雙天線的工作模式下，還可接入多星座衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行航向的測量和初始化操作。

在產(chǎn)品實(shí)際案例方面，霍尼韋爾的HGuide N580現(xiàn)已被瑞士的無人機(jī)研發(fā)公司Aeroscout采納，并用于電力線巡檢、地圖測繪、搜救支援等無人機(jī)中，據(jù)Aeroscout總經(jīng)理Christoph Eck表示，搭載了HGuide N580的無人機(jī)在野外勘探作業(yè)時(shí)，即使衛(wèi)星信號(hào)被遮擋，也能實(shí)時(shí)提供高精度的高度、位置信息，在實(shí)際使用過程中從未出現(xiàn)過數(shù)據(jù)采集或存儲(chǔ)異常的相關(guān)問題。

導(dǎo)遠(yuǎn)電子

在國內(nèi)方面，導(dǎo)遠(yuǎn)電子也有多個(gè)基于慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航解決方案，同時(shí)還是國內(nèi)首個(gè)通過高精融合定位ISO 26262汽車功能安全認(rèn)證的企業(yè)，并在功能安全管理、系統(tǒng)級設(shè)計(jì)等方面建立起了完善的開發(fā)流程。

截至2021年8月，遠(yuǎn)導(dǎo)電子的高精度組合定位系統(tǒng)交付量實(shí)現(xiàn)了10W+的突破，其中包括小鵬的P5、P7車型在內(nèi)均有使用遠(yuǎn)導(dǎo)電子的產(chǎn)品。在交付量突破10W+的兩個(gè)月后，獲得了紅杉中國、經(jīng)緯創(chuàng)投、高瓴創(chuàng)投等多家機(jī)構(gòu)投資。

上圖為導(dǎo)遠(yuǎn)電子的一款高精度車載組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)INS570D，該定位系統(tǒng)融合了慣性導(dǎo)航技術(shù)以及GNSS技術(shù)（支持RTK）。慣性導(dǎo)航技術(shù)能夠?qū)囕v車輪速度、車速、偏航角度等數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并推斷出車輛當(dāng)前的位置。通過兩種技術(shù)的融合，能夠在自動(dòng)駕駛應(yīng)用中進(jìn)行多維度的實(shí)時(shí)定位。

上圖為導(dǎo)遠(yuǎn)電子組合定位系統(tǒng)在通過高速隧道時(shí)的測試結(jié)果。在衛(wèi)星定位模式下，由于進(jìn)入車輛進(jìn)入隧道后衛(wèi)星信號(hào)較差原因，衛(wèi)星點(diǎn)位系統(tǒng)直接將進(jìn)入隧道前的坐標(biāo)，和出隧道恢復(fù)信號(hào)后重新鎖定坐標(biāo)之間的直線路徑判斷為行駛軌跡。而在基于慣性導(dǎo)航的組合定位模式下，通過加速度計(jì)和陀螺儀的推算，最終的定位軌跡具有更高的參考價(jià)值，并且基于慣性導(dǎo)航的組合系統(tǒng)出隧道后的定位與通過衛(wèi)星定位在同一軌跡上，從而再次坐實(shí)了慣性導(dǎo)航定位精度的可靠性。

結(jié)語

慣性定位導(dǎo)航系統(tǒng)可以拋開衛(wèi)星信號(hào)的束縛，能夠有效解決在復(fù)雜環(huán)境下的定位問題，彌補(bǔ)了衛(wèi)星定位系統(tǒng)在信號(hào)較差時(shí)的定位精度問題。目前，市面上已經(jīng)推出了很多慣性定位導(dǎo)航與衛(wèi)星定位導(dǎo)航相互融合的組合定位系統(tǒng)用于提高定位的精度，為自動(dòng)駕駛汽車賦能。