慣導(dǎo)這個(gè)傳感器一句話理解就是可以短時(shí)給出置信度較高的相對(duì)位移和航向角變化的傳感器

慣導(dǎo)這個(gè)傳感器很神奇，激光雷達(dá)，毫米波，攝像頭三個(gè)還會(huì)爭(zhēng)奪下，是不是用GPS大家也會(huì)考慮下，但慣導(dǎo)這個(gè)傳感器沒(méi)人會(huì)懷疑它的作用和地位，它就和我們的小腦一樣，在補(bǔ)償感知間隙，推測(cè)短時(shí)空間位置上，沒(méi)有什么傳感器可以有效的替代它，由于其封閉性，除了牛頓基本也不太受到環(huán)境對(duì)它的影響，從可靠性上來(lái)說(shuō)也非常的給力。天氣條件、合適的日光條件、雪道或模糊的地標(biāo)對(duì)其他傳感器是致命的，對(duì)它來(lái)說(shuō)完全不影響。

慣導(dǎo)的工作原理

今天我們具體看下這個(gè)傳感器。首先還是科普下它的原理，為什么它可以給出這些信息。說(shuō)慣導(dǎo)是一個(gè)傳感器也不準(zhǔn)確，它實(shí)際上根據(jù)用途不同一般會(huì)由好幾個(gè)傳感器組合在一起工作。

一號(hào)小兄弟-陀螺儀-獲得三維角速度

陀螺儀（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有個(gè)陀螺，通過(guò)測(cè)量三維坐標(biāo)系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設(shè)備之間的夾角，計(jì)算角速度，通過(guò)夾角和角速度來(lái)判別物體在三維空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。三軸陀螺儀可以同時(shí)測(cè)定上、下、左、右、前、后等6個(gè)方向（合成方向同樣可分解為三軸坐標(biāo)），傳統(tǒng)的陀螺儀是機(jī)械式的，隨技術(shù)發(fā)展，還有出現(xiàn)了振動(dòng)式陀螺儀、激光陀螺儀、微機(jī)電機(jī)械陀螺儀等，無(wú)論是在體積微型化、測(cè)量精度和易用性上都有大大提高。

二號(hào)小兄弟-加速度-獲得移動(dòng)加速度

加速計(jì)（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感應(yīng)器，實(shí)際上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度則只是地表垂直方向加速度），加速計(jì)通過(guò)測(cè)量組件在某個(gè)軸向的受力情況來(lái)得到結(jié)果，表現(xiàn)形式為軸向的加速度大小和方向（XYZ）加速計(jì)則主要是測(cè)量設(shè)備的受力情況，也就是三軸運(yùn)動(dòng)情況。

三號(hào)小兄弟-磁力計(jì)-獲得絕對(duì)方向

磁力計(jì)磁力計(jì)（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用于測(cè)試磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，定位設(shè)備的方位，磁力計(jì)的原理跟指南針原理類似，可以測(cè)量出當(dāng)前設(shè)備與東南西北四個(gè)方向上的夾角。但磁場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，實(shí)際使用中單靠這個(gè)也很不靠譜，只能是參考

四號(hào)小兄弟-GPS（不，是大兄弟）

這個(gè)不多做介紹，獲得一個(gè)精準(zhǔn)的絕對(duì)航向角和位置，這個(gè)可以看這個(gè)回答。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/257785113?zhuanlan.zhihu.com

五號(hào)小兄弟-視覺(jué)激光V2X（不，是另外幾個(gè)大兄弟）

實(shí)際上分辨率較高的傳感器比如視覺(jué)激光也可以充當(dāng)協(xié)助慣導(dǎo)的作用，但這個(gè)體系比較復(fù)雜，這里不多做展開(kāi)。

廣義上的慣導(dǎo)可以理解為五個(gè)兄弟的合作，最后感知物體的相對(duì)位移和航向變化。俠義上理解核心的是一號(hào)兄弟和二號(hào)兄弟，也就是加速度計(jì)和陀螺儀，兩者給出三軸加速度和三軸角速度。

他們的排列組合演化出各種各樣不同應(yīng)用的“虛擬傳感器”,包括重力感應(yīng)器（重力傳感器，Gravity Sensor，GV-Sensor）、線性加速度傳感器（LA-Sensor）、旋轉(zhuǎn)矢量傳感器（RV-Sensor），方向傳感器（O-Sensor）等。

核心的一號(hào)兄弟和二號(hào)兄弟，陀螺儀知道“我轉(zhuǎn)了個(gè)身”，加速計(jì)知道“我們又向前走了幾米”，但都有一個(gè)固有的問(wèn)題就是“累計(jì)誤差”，也就是給著給著就不靠譜了，后面的三個(gè)兄弟都是不含有“累計(jì)誤差”的絕對(duì)量傳感器，來(lái)輔助累計(jì)誤差修正和累計(jì)誤差補(bǔ)償，幫助他們更好的工作。

另外一二號(hào)兄弟之間也是一個(gè)合作關(guān)系，理解這個(gè)先要知道累計(jì)誤差都來(lái)源于時(shí)間上積分，加速度積分獲得速度，速度積分獲得距離，誤差都是這么來(lái)的，加速度計(jì)在較長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量值是正確的，而在較短時(shí)間內(nèi)由于各個(gè)軸向加速度值會(huì)含有重力產(chǎn)生的加速度值，使得無(wú)法獲得真正的加速度值，存在誤差。而陀螺儀在較短時(shí)間內(nèi)則比較準(zhǔn)確而較長(zhǎng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)幾分鐘甚至幾秒鐘定會(huì)累積出額外的誤差從而產(chǎn)生漂移。因此，需要兩者（相互調(diào)整）來(lái)確保累計(jì)航向的正確。

另外，把幾個(gè)子傳感器融合起來(lái)的算法一般叫聯(lián)結(jié)解算，相當(dāng)復(fù)雜，也是慣導(dǎo)性能的關(guān)鍵，對(duì)一些電子器件固有的測(cè)量噪聲會(huì)有特別的濾波處理。所以好慣導(dǎo)算法也是成本大頭。

慣導(dǎo)在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用

慣導(dǎo)在車(chē)上的應(yīng)用由來(lái)已久，隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，其應(yīng)用除了各個(gè)子傳感器的自我性能的提升，更多的就是多個(gè)傳感器的疊加使用

汽車(chē)安全氣囊的觸發(fā)使用的就是加速計(jì)，慣性傳感器可為碰撞偵測(cè)運(yùn)算提供滾動(dòng)速率、橫向和垂直加速度等主要數(shù)據(jù)。判斷汽車(chē)是否正在翻覆并及時(shí)啟動(dòng)安全氣囊裝置。

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)也是用了MEMS慣導(dǎo)，透過(guò)控制和啟動(dòng)汽車(chē)剎車(chē)來(lái)防止車(chē)輛打滑。

這些都屬于低級(jí)的ADAS應(yīng)用。另外一個(gè)就是更加高級(jí)一點(diǎn)的慣性導(dǎo)航。由于GPS在隧道城市峽谷里沒(méi)有信號(hào)，或者信號(hào)微弱，因此需要航位推算。補(bǔ)充這一段的絕對(duì)位置信息

再高級(jí)一點(diǎn)就是L2的輔助駕駛，包括主動(dòng)車(chē)距控制巡航系統(tǒng)、車(chē)道保持和變換輔助系統(tǒng)，透過(guò)將MEMS慣性傳感器以及攝影機(jī)、雷達(dá)和/或光學(xué)雷達(dá)(LIDAR)等感知系統(tǒng)結(jié)合，補(bǔ)償所有感知器件間隙的空間環(huán)境信息。

由于慣性裝置可以一定程度上確認(rèn)當(dāng)前路面的坡度，因此在坡道輔助，舒適性縱向控制上也發(fā)揮著不可替代的作用。

總結(jié)慣導(dǎo)的應(yīng)用就是補(bǔ)償GPS的間隙（1秒）獲得100hz的更新頻率和一定程度的航位推算，另一個(gè)就是補(bǔ)償環(huán)境傳感器的感知空擋上的物體位置推演。它不能回答【我在哪里？】也不能回答【前方有什么】，但卻都能夠?qū)@些感知提供支持。

自動(dòng)駕駛過(guò)程中，實(shí)際上基本邏輯和輔助駕駛類似，但是之前說(shuō)的五號(hào)兄弟會(huì)更多的參與到整個(gè)系統(tǒng)集成中。同步定位與建構(gòu)環(huán)境地圖(SLAM)獲得的地圖和定位，依賴慣導(dǎo)給出，同時(shí)又一定程度上代替GPS，為慣導(dǎo)提供必要的絕對(duì)修正。視覺(jué)和激光基于光流和特定的描述子，同樣可以獲得航位推算信息，這也為慣導(dǎo)提供了必要的修正。

慣性導(dǎo)航的成本覆蓋范圍也是非常大的，手機(jī)上的幾塊錢(qián)做個(gè)計(jì)步器，到東風(fēng)導(dǎo)彈上，飛躍半個(gè)地球都不差幾米的慣導(dǎo)。嚴(yán)格說(shuō)有民用級(jí)，戰(zhàn)術(shù)級(jí)，戰(zhàn)略級(jí)三個(gè)層面，一般民用的是MEMS慣導(dǎo)，戰(zhàn)術(shù)的一般質(zhì)量更好的MEMS或者光纖/MEMS混合，而戰(zhàn)略級(jí)別的一般都是光纖慣導(dǎo)。光纖慣性導(dǎo)航，是三個(gè)原餅狀里面有光纖在旋轉(zhuǎn)，并測(cè)量光纖的變化，從而獲得偏移。光纖慣導(dǎo)雖然精度很高，但批量化生產(chǎn)和良品率都不高，成本比較大，還沒(méi)有突破。

總結(jié)

慣導(dǎo)的使用，器件提升對(duì)于整個(gè)自動(dòng)駕駛的性能提升來(lái)說(shuō)基本是成比例的，也沒(méi)有可以替代的其他傳感器。算法上的核心還是慣導(dǎo)自身濾波的精確標(biāo)定以及與更多的絕對(duì)感知和相對(duì)感知進(jìn)行高度集成，方可以發(fā)揮其最好的作用。

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總結(jié)

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