1.惯性导航的定义GPS可以为车辆提供精度为米级的绝对定位,差分GPS或 RTK GPS可以为车辆提供精度为厘米级的绝对定位,然而并非所有的路段在所有时间都可以得到良好的GPS信号。因此,在自动驾驶领域, RTK GPS的输出一般都要与惯性测量单元(IMU)、汽车自身的传感器(如轮速计、转向盘转角传感器等)进行融合。 惯性导航系统(INS)是一种利用惯性传感器测量载体的角速度信息,并结合给定的初始条件实时推算速度、位置、姿态等参数的自主式导航系统。具体来说,惯性导航系统属于一种推算导航方式。即从一已知点的位置根据连续测得的运动载体航向角和速度推算出下一点的位置,因而可连续测出运动体的当前位置惯性导航系统主要采用加速度传感器和陀螺仪传感器来测量载体参数,其原理如图6-6所示。
加速度传感器和陀螺仪结合就是惯性测量单元(IMU),一个测量速度,一个测量方向。IMU的一个重要特征在于它以高频率更新,其频率可达到1000Hz,所以IMU可以提供接近实时的位置信息。
惯性导航系统可以看成是IMU与软件的结合。图6-7所示为IMU产品,通过内置的微处理器,能够以最高200Hz的频率输出实时的高精度三维位置、速度、姿态信息。
基于GPS或BDS和惯性传感器的融合是无人驾驶汽车一种重要的定位技术。
2.惯性导航系统的作用惯性导航系统主要有两个作用,一个是在GPS
信号丢失或很弱的情况下,暂时填补GPS留下的空缺,用积分法取得最接近真实的三维高精度定位。即便是北斗加GPS加 GLONASS,卫星导航信号还是有很多无法覆盖的地方,所以无人驾驶汽车必须配备惯性导航系统。
惯性导航系统另一个作用是与激光雷达组合定位。GPS+IMU为激光雷达的空间位置和脉冲发射姿态提供高精度定位,建立激光雷达点云的三维坐标系。惯性导航系统可用于定位,与其他传感器融合时,也需要统一到一个坐标系下。定位是最常用的,通过惯性导航系统和GPS等,得到一个预测的全局位置。当激光雷达实时扫描单次的点云数据后,结合单次的点云数据进行匹配,并进行特征提取。
这些特征包括路沿、车道线、高度等周围点线面的特征。对于高精度地图,提取过的特征与实时提取的特征进行匹配,最终得到精准的车辆位置,这是激光雷达的定位过程。
3.惯性导航系统的特点惯性导航系统具有以下主要优点。
①由于它是不依赖任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式导航系统,故隐蔽性好,也不受外界电磁干扰的影响。
②可全天候在全球任何地点工作。
③能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低。
④数据更新率高,短期精度和稳定性好。
惯性导航系统具有以下主要缺点。
①由于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间而增大,长期精度差。
②每次使用之前需要较长的初始对准时间。
③不能给出时间信息。
