一文深度剖析慣性導(dǎo)航在車載GPS衛(wèi)星導(dǎo)航中的應(yīng)用

一、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航，是根據(jù)GPS衛(wèi)星提供的位置信息，以及導(dǎo)航前規(guī)劃的線路，指引用戶行駛的一個系統(tǒng)。

二、慣性導(dǎo)航

之前有介紹，慣性導(dǎo)航其實是最早使用的導(dǎo)航系統(tǒng)之一。 慣性導(dǎo)航是一種通過測量運動物體的加速度，并自動進(jìn)行積分運算，獲得運動物體瞬時速度和瞬時位置數(shù)據(jù)的技術(shù)。 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般安裝在運動物體內(nèi)部，工作時不用依賴外界提供信息就能進(jìn)行導(dǎo)航，不易受到干擾，是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。

慣性導(dǎo)航的優(yōu)勢和限制：

慣性導(dǎo)航具有體積小、成本低、精度高、不依賴外界信息、抗干擾能力極強、隱蔽性好等特點。

慣性測量裝置一般包括加速度計和陀螺儀。加速度計是測量物體的加速度，陀螺儀又被叫做角速度傳感器，是測量角速度的。利用這些裝置記錄的參數(shù)就可以計算并導(dǎo)航了。 但是由于采樣頻率一般很高（一秒內(nèi)幾十甚至幾百次），所以累加起來誤差很容易擴(kuò)大，所以長時間使用慣性導(dǎo)航會導(dǎo)致誤差很大，所以慣性導(dǎo)航適合在短時間內(nèi)使用。

慣性導(dǎo)航的應(yīng)用：

日常車載GPS衛(wèi)星導(dǎo)航中，常常會經(jīng)過地下停車場、隧道、高架橋、密林小路、高樓林立的窄道等地段，導(dǎo)航突然不動了，直到把車開到開闊的天空下，導(dǎo)航中的車位圖標(biāo)才突然跳過去，體驗很不好。

在失去位置的時候，慣性導(dǎo)航軟件知道速度、車輛的位置、行駛路線等信息。結(jié)合加速度傳感器提供的加速度，可以根據(jù)二次積分的方式計算出加速度產(chǎn)生的位移，然后根據(jù)初始速度計算出速度產(chǎn)生的位移，進(jìn)而推算出車輛最新的位置。這樣，在沒有GPS衛(wèi)星信號的情況下仍然可以使用慣性導(dǎo)航。

所以在車載導(dǎo)航領(lǐng)域，慣性導(dǎo)航以后的應(yīng)用多是和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航結(jié)合起來使用

天工測控的慣性導(dǎo)航+GPS衛(wèi)星導(dǎo)航一體的車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)SKM-4DX

三、6軸加速度傳感器

GPS是通過接收衛(wèi)星發(fā)送的信號計算出自身位置的，當(dāng)GPS導(dǎo)航設(shè)備被遮擋后，GPS設(shè)備就無法定位了。

遮擋的情況很多，比如車頂、高架橋、房屋、隧道、地下停車場等。這時候可以通過速度、時間、距離的關(guān)系，根據(jù)最后一次GPS信號計算的速度，來推測可能的位置。

如果在隧道內(nèi)、高架橋梁下等地段車輛是勻速運動，這個方法可能很好的實現(xiàn)導(dǎo)航。但是如果減速了，就會出現(xiàn)地圖上的車位很快的跑到了隧道終點，然后停下來等著。反之，如果加速了，就會出現(xiàn)車位走了一半，然后突然跳出隧道。

要解決這兩種情況就需要加速度傳感器。有了加速度，就能更好的推測當(dāng)前的速度，從而解決上述問題。

加速度傳感器是一種能夠測量加速力，將加速度轉(zhuǎn)換為電信號的電子設(shè)備。它是利用牛頓第二定律A=F/M，通過作用力造成傳感器內(nèi)部敏感部件發(fā)生變形，通過測量其變形并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出，得到相應(yīng)的加速度信號。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)SKM-4DX的硬件基礎(chǔ)是BMI160，它將加速傳感器與陀螺儀的結(jié)合于一體，具有理想的信噪比，使得慣性測量組件可提供精確、可靠的測量結(jié)果。

四、30度車輛姿態(tài)角

SKM-4DX導(dǎo)航模塊利用多年對MEMS慣性器件的研究經(jīng)驗，通過自適應(yīng)濾波算法實現(xiàn)了對陀螺儀漂移和加速度震動信號的濾波，并進(jìn)一步可以獲得高精度的姿態(tài)信息，從而可以滿足坡道檢測等車輛監(jiān)控和導(dǎo)航應(yīng)用的各種需求。車輛仰角、俯角可以達(dá)到30度。

五、組合導(dǎo)航模塊的應(yīng)用場景

（1）用在地下公交站的準(zhǔn)確定位和導(dǎo)航，比如在深圳福田交通樞紐，在公交車上應(yīng)用此衛(wèi)星+慣性導(dǎo)航模塊，公交車可以在地下準(zhǔn)確報站；

（2）隧道里面提供速度校準(zhǔn)，避免剛出隧道時非正常超速；

（3）提高地下停車場的定位，結(jié)合停車場地圖，可以準(zhǔn)確尋車。

（4）高端前裝車輛開始追求更高精度的定位，特別是城市峽谷和高架橋

下等弱信號場景。