電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李誠(chéng))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(cè)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(lái)測(cè)量載體所受到的慣性力,并通過(guò)牛頓第二加速度定律獲取被測(cè)載體的加速度值。陀螺儀在該系統(tǒng)中主要是用來(lái)測(cè)量載體的偏航角度。通過(guò)二者的結(jié)合,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠通過(guò)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(wú)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(wú)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(shì)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(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測(cè),到2026年慣性導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)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(lái)更大的市場(chǎng)發(fā)展空間。近年來(lái),不少國(guó)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(guò)定制化、差異的產(chǎn)品搶占市場(chǎng)。
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(wú)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(jiàn)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(cè)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(guò)二者的結(jié)合,即使在地下停車場(chǎng)、山林、隧道等衛(wèi)星覆蓋信號(hào)弱或無(wú)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(cè)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(cè)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(wú)人機(jī)研發(fā)公司Aeroscout采納,并用于電力線巡檢、地圖測(cè)繪、搜救支援等無(wú)人機(jī)中,據(jù)Aeroscout總經(jīng)理Christoph Eck表示,搭載了HGuide N580的無(wú)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(guò)程中從未出現(xiàn)過(guò)數(shù)據(jù)采集或存儲(chǔ)異常的相關(guān)問(wèn)題。
導(dǎo)遠(yuǎn)電子
在國(guó)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(guó)內(nèi)首個(gè)通過(guò)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(jí)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(guó)、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(guò)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(guò)高速隧道時(shí)的測(cè)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(guò)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(guò)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(yǔ)
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(wèn)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(wèn)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。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主要定位測(cè)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(lái)測(cè)量載體所受到的慣性力,并通過(guò)牛頓第二加速度定律獲取被測(cè)載體的加速度值。陀螺儀在該系統(tǒng)中主要是用來(lái)測(cè)量載體的偏航角度。通過(guò)二者的結(jié)合,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠通過(guò)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(wú)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(wú)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(shì)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(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測(cè),到2026年慣性導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)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(lái)更大的市場(chǎng)發(fā)展空間。近年來(lái),不少國(guó)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(guò)定制化、差異的產(chǎn)品搶占市場(chǎng)。
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。
圖源:霍尼韋爾
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(wú)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(jiàn)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(cè)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(guò)二者的結(jié)合,即使在地下停車場(chǎng)、山林、隧道等衛(wèi)星覆蓋信號(hào)弱或無(wú)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(cè)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(cè)量和初始化操作。
圖源:霍尼韋爾
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(wú)人機(jī)研發(fā)公司Aeroscout采納,并用于電力線巡檢、地圖測(cè)繪、搜救支援等無(wú)人機(jī)中,據(jù)Aeroscout總經(jīng)理Christoph Eck表示,搭載了HGuide N580的無(wú)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(guò)程中從未出現(xiàn)過(guò)數(shù)據(jù)采集或存儲(chǔ)異常的相關(guān)問(wèn)題。
導(dǎo)遠(yuǎn)電子
在國(guó)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(guó)內(nèi)首個(gè)通過(guò)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(jí)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(guó)、經(jīng)緯創(chuàng)投、高瓴創(chuàng)投等多家機(jī)構(gòu)投資。
圖源:導(dǎo)遠(yuǎn)電子
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(guò)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。
紅色代表衛(wèi)星定位軌跡 藍(lán)色代表組合定位軌跡
上圖為導(dǎo)遠(yuǎn)電子組合定位系統(tǒng)在通過(guò)高速隧道時(shí)的測(cè)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(guò)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(guò)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(yǔ)
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(wèn)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(wèn)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。
聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。
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