關(guān)于慣性導(dǎo)航的7大誤解

本文作者：Mathias Vetter，u-blox消費(fèi)與工業(yè)追蹤應(yīng)用首席產(chǎn)品經(jīng)理

導(dǎo)言

在全球范圍內(nèi)，越來越多的智能出行解決方案憑借可靠的定位技術(shù)可更好地應(yīng)用于城市道路，精準(zhǔn)的定位技術(shù)正在重塑傳統(tǒng)的出行市場，例如租車、車隊(duì)管理和車輛保險(xiǎn)，以及其他共享單車、網(wǎng)約車和道路計(jì)程收費(fèi)的新型應(yīng)用。

針對這些普及速度最為迅猛的應(yīng)用市場，精準(zhǔn)定位解決方案遭遇了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

在建筑密集的城市中，車輛在進(jìn)入城市峽谷、橋底、隧道或多層停車場等復(fù)雜環(huán)境中時(shí)，常常無法獲取全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號，導(dǎo)致定位系統(tǒng)無法正常工作。

即使車輛上空并無遮擋物，GNSS接收機(jī)仍有可能接收到其他間接信號（例如建筑反射的信號），而這對位置估計(jì)也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

定位的失準(zhǔn)和中斷會(huì)影響服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)營效率、賬務(wù)及合規(guī)性監(jiān)控，因而對企業(yè)十分不利。因此，越來越多的企業(yè)轉(zhuǎn)而尋求能夠解決這些痛點(diǎn)的定位解決方案，即采用慣性導(dǎo)航技術(shù)。

什么是慣性導(dǎo)航解決方案？

慣性導(dǎo)航(DR)解決方案采用慣性傳感器（陀螺儀和加速計(jì)）來輔助GNSS定位技術(shù)。

無約束慣性導(dǎo)航(UDR)解決方案持續(xù)測量與監(jiān)測車輛加速度及其方向變化，再通過傳感器融合技術(shù)將測量數(shù)據(jù)與GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)時(shí)計(jì)算并優(yōu)化分析出更精準(zhǔn)的位置結(jié)果。

車載慣性導(dǎo)航(ADR)解決方案在此基礎(chǔ)上則更進(jìn)一步，可將車輛輪速脈沖傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)更高精度的位置計(jì)算結(jié)果。

慣性導(dǎo)航技術(shù)的三大優(yōu)勢：

在城市場景中，定位精度可提高至原來的三倍

在GNSS信號中斷后仍能繼續(xù)實(shí)現(xiàn)位置追蹤

車輛啟動(dòng)后即開始位置追蹤和導(dǎo)航

在本文中，我們將分析并消除有關(guān)慣性導(dǎo)航的7大誤解。

誤解一：ADR（車載慣導(dǎo)）僅適用于汽車應(yīng)用

實(shí)際上：ADR解決方案除了將GNSS與慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，還會(huì)從硬件輪速脈沖傳感器獲取車速信息，或者接收來自軟件接口的消息。

經(jīng)過多年的發(fā)展，ADR技術(shù)現(xiàn)在可應(yīng)用于多種車輛，例如我們新型慣性導(dǎo)航模塊就包含適用于汽車、摩托車和電動(dòng)踏板車的動(dòng)態(tài)模型。

誤解二：只有在GNSS信號完全丟失時(shí)才會(huì)用到慣導(dǎo)技術(shù)

實(shí)際上：除了彌補(bǔ)GNSS信號覆蓋盲區(qū)，慣性導(dǎo)航解決方案還可以支持各種復(fù)雜場景中的定位解決方案：

慣性導(dǎo)航解決方案通過提供相對定位補(bǔ)充來源，可以減少城市峽谷中多徑效應(yīng)引起的定位誤差。

慣性導(dǎo)航解決方案可以幫助檢測GNSS干擾和欺騙，并減輕由此帶來的影響誤差。

在定位暫時(shí)丟失的情況下，慣性導(dǎo)航解決方案有助于控制定位誤差。

誤解三：隨著雙頻GNSS技術(shù)的發(fā)展，慣性導(dǎo)航已無價(jià)值

實(shí)際上：雙頻GNSS接收機(jī)在特定條件下確實(shí)可以改善定位精度。但即便如此，在GNSS信號中斷時(shí)，雙頻GNSS也無法持續(xù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這時(shí)就需要慣導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行輔助定位，確保定位服務(wù)可實(shí)現(xiàn)100%可用。

誤解四：慣性導(dǎo)航成本高，作用小

實(shí)際上：慣性導(dǎo)航解決方案雖然標(biāo)價(jià)略高（通常在成本基礎(chǔ)上加成不到50%），但從開始部署到整個(gè)車輛生命周期結(jié)束，始終都能帶來回報(bào)。

在高度依賴精準(zhǔn)車輛追蹤來計(jì)費(fèi)的計(jì)程類應(yīng)用場景中，DR技術(shù)可確保在GNSS服務(wù)中斷后仍能繼續(xù)追蹤里程數(shù)。而針對精準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)有助于提高運(yùn)營效率的場景中（例如，找到并收回亂放的電動(dòng)踏板車），DR技術(shù)還能有效節(jié)約時(shí)間和能源。

誤解五：慣性導(dǎo)航難以部署

實(shí)際上：這種說法其實(shí)也有一定的道理，但實(shí)際情況并不能這樣一言概之。雖然多星多頻GNSS接收機(jī)能夠在一定程度上提高定位性能，但安裝部署的難度也會(huì)因此而上升，慣性導(dǎo)航解決方案也是如此。

為了帶來更可靠的性能，慣性導(dǎo)航接收機(jī)的校準(zhǔn)工作更需要精確測定和詳細(xì)規(guī)范。此外，ADR解決方案還需連接到車輛的傳感器，以追蹤車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信息。

根據(jù)應(yīng)用場景的不同，我們會(huì)推薦一些方法來簡化安裝過程，例如，與汽車類似的應(yīng)用場景（即四輪車輛）可以使用自動(dòng)校準(zhǔn)功能。

誤解六：慣性導(dǎo)航可以彌補(bǔ)GNSS信號強(qiáng)度弱的問題

實(shí)際上：在GNSS信號強(qiáng)度不佳或中斷的情況下，慣性導(dǎo)航確實(shí)可以在有限的時(shí)間里起到輔助支持和補(bǔ)充作用。

但是，如果系統(tǒng)的信號強(qiáng)度在長時(shí)間內(nèi)一直處于欠佳狀態(tài)，定位精度必然會(huì)受到影響。由于GNSS信號也用于校正慣性傳感器和輪速脈沖傳感器，因此GNSS精度差會(huì)降低校正的質(zhì)量，最終導(dǎo)致慣性導(dǎo)航定位精度下降。

為了改善性能，我們需要從根本問題出發(fā)。如果天線布局欠佳，有兩種補(bǔ)救措施：選擇更好的天線和增加PCB鋪地尺寸。

如果射頻干擾過多，可以使用SAW濾波器改善靈敏度。

如果使用的是無源天線，可以在設(shè)計(jì)中增加LNA，這樣便可解決問題。

誤解七：無約束慣性導(dǎo)航(UDR)是低端的ADR

實(shí)際上：如果有這樣的想法其實(shí)也能理解。如果你用ADR作為基準(zhǔn)，而沒有將UDR、ADR與僅使用GNSS的解決方案進(jìn)行性能對比，就很容易有這種想法。

我們認(rèn)為這樣想其實(shí)有些本末倒置，因?yàn)榕c僅使用GNSS的解決方案相比，UDR和ADR都實(shí)現(xiàn)了定位功能升級。而ADR與UDR相比的最大價(jià)值在于，ADR可以在信號長時(shí)間中斷（持續(xù)時(shí)間超過一分鐘）的情況下提高定位精度。

u-bloxNEO-M9V慣性導(dǎo)航模塊（點(diǎn)擊下劃線處了解更多內(nèi)容）可支持開箱即用的UDR和ADR，確保最大靈活性，便于您調(diào)整解決方案架構(gòu)，適應(yīng)多種應(yīng)用場景的需求。

無論選擇ADR還是UDR，適合您的就是最好的選擇。

隨著城市應(yīng)用場景的擴(kuò)大，用戶對其智能化需求也不斷增加，對定位的容差也越來越低，設(shè)備廠商也正在拓展衛(wèi)星定位與慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用。

在u-blox，我們針對汽車和工業(yè)應(yīng)用提供行業(yè)領(lǐng)先的慣性導(dǎo)航解決方案組合，并與客戶攜手開發(fā)全新的技術(shù)來推動(dòng)慣性導(dǎo)航技術(shù)創(chuàng)新。我們在設(shè)計(jì)、選型、實(shí)施和部署階段，不斷幫助客戶解決技術(shù)痛點(diǎn)，在此過程中我們也取得了持續(xù)性進(jìn)步，憑借多年沉淀的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，我們將不斷精進(jìn)，打造出更可靠、更精準(zhǔn)的定位解決方案。

我們已發(fā)布了u-blox NEO-M9V，作為u-blox首款可同時(shí)提供無約束慣性導(dǎo)航(UDR)和車載慣性導(dǎo)航(ADR)的定位接收機(jī)，NEO-M9V可作為車隊(duì)管理和微出行應(yīng)用的理想選擇，即使在復(fù)雜的GNSS信號環(huán)境（如城市峽谷）中，也能提供可靠的米級定位精度。

該模塊同時(shí)集成了UDR和ADR，可以帶來更強(qiáng)的靈活性，所以客戶不必再忙于決定是采用易于集成的UDR技術(shù)，還是更為成熟的ADR技術(shù)，而是能夠針對終端客戶的具體應(yīng)用場景要求提供最佳解決方案。

審核編輯 黃宇