從IMU與地磁傳感看融合導(dǎo)航

IMU與地磁融合導(dǎo)航時(shí)，在地磁傳感上有兩個(gè)必須要消除的誤差。第一個(gè)是由傳感器和電路引起的失調(diào)誤差，第二個(gè)是標(biāo)度誤差。這兩種誤差都容易受到周圍磁環(huán)境的干擾。校準(zhǔn)時(shí)可以通過IMU的加速度計(jì)校準(zhǔn)其傾斜角，如果單單僅做到二維上的校準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用中往往是不夠的。在實(shí)際使用中保證導(dǎo)航系統(tǒng)在外部低干擾的磁場環(huán)境也很重要。

（iNEMO IMU，ST）

如果導(dǎo)航系統(tǒng)受到磁干擾，這時(shí)候再使用地磁傳感來測量姿態(tài)精度只會比使用IMU來得更差。因此導(dǎo)航系統(tǒng)在受到磁干擾后，必須要及時(shí)判斷磁傳感是否還可用。正常情況下融合性的算法在這種情況下也必須切換為IMU來測算姿態(tài)。

IMU同樣會有類似的問題，IMU的偏置即便能準(zhǔn)確測量卻也很難取消，再加上加速度噪聲，會使導(dǎo)航距離開始漂移。要解決此類問題，除了結(jié)合運(yùn)動學(xué)模式給系統(tǒng)更多的算法規(guī)則似乎別無他法了，這也是做移動機(jī)器人導(dǎo)航的公司核心競爭力之一。如果不考慮傳感器器件上的差距，算法層面也是能拉開差距的。

融合導(dǎo)航精度仍建立在傳感器性能上

上面說不考慮傳感器硬件差距只是一種假設(shè)，實(shí)際上不管算法再貼合運(yùn)動模型，融合導(dǎo)航的地基是建立在器件本身性能之上的，如果傳感器內(nèi)在有缺陷，那么不管你融合多少其他類型的傳感都是徒勞的。傳感器融合能補(bǔ)救劣質(zhì)傳感器嗎？答案是不能。說到底傳感器融合是濾波和算法處理的過程，它把環(huán)境、運(yùn)動動態(tài)信息和應(yīng)用狀態(tài)對傳感器組合進(jìn)行合并。傳感器融合可以提供確定性的校正但無法彌補(bǔ)傳感器內(nèi)在的缺陷。

（迷你型IMU，ADI）

這里服務(wù)類導(dǎo)航和工業(yè)級導(dǎo)航會有一點(diǎn)差別，服務(wù)類的導(dǎo)航對傳感器本身的性能要求沒有工業(yè)類那么高，主要靠先進(jìn)的濾波器和算法融合傳感器的數(shù)據(jù)來彌補(bǔ)定位里不確定性的差距；工業(yè)類導(dǎo)航定位必須根據(jù)具體精度要求來選擇器件，更高質(zhì)量的IMU、地磁、激光等等傳感器會發(fā)揮出相當(dāng)大作用，然后再適當(dāng)利用其他傳感器來縮小不確定性的差距。

隨著半導(dǎo)體廠商在傳感器IC設(shè)計(jì)上向著微型化、功能集成化、低功耗發(fā)展，服務(wù)類融合導(dǎo)航上也開始將導(dǎo)航精度的問題往硬件層面上去解決。不管是基于哪種傳感的融合導(dǎo)航，雖然傳感器濾波以及算法是整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)里很重要的部分，但只有器件本身的品質(zhì)才能決定最基礎(chǔ)的精度。